Člověk ve svém pozemském a kosmickém prostředí. Bulletin referátů z konference

Transkript

1 Člověk ve svém pozemském a kosmickém prostředí Bulletin referátů z konference Úpice

2 Člověk ve svém pozemském a kosmickém prostředí Editor: Marcel Bělík 2

3 Bulletin Člověk ve svém pozemském a kosmickém prostředí příspěvky přednesené na konferenci v Úpici ve dnech ISBN

4 Pořadatelé: Hvězdárna v Úpici ve spolupráci s Českou astronomickou společností Českou bioklimatologickou společností v Praze Komisí pro otázky životního prostředí AV ČR Českou lékařskou společností J. E. Purkyně Spolkem lékařů v Trutnově Jednotou českých matematiků a fyziků Redakční rada Bulletinu Člověk ve svém pozemském a kosmickém prostředí Předseda: Členové: RNDr. Jiří Čech Mgr. Martin Novák RNDr. Jaroslav Střeštík, CSc. Ing. Tomáš Středa, Ph.D. RNDr. Eva Marková, CSc. Doc. MUDr. Jan Sitar, CSc. Ing. Marcel Bělík Všechny příspěvky uvedené v Bulletinu jsou recenzované. Za věcnou správnost otištěných příspěvků, studií, článků, zpráv apod. odpovídají jejich autoři. Názory autorů ve zveřejněných materiálech se nemusí shodovat s názory a stanovisky redakční rady. 4

5 Obsah: Vzpomínka na dr. Ladislava Křivského E. Marková Katadioptrický systém G.M.Popova Hvězdárny v Úpici Zdeněk Rail, Zbyněk Melich Sférochromatické vada Clarkova objektivu z observatoře v Ondřejově Zdeněk Rail, Bohdan Šrajer, Daniel Jareš, David Vápenka, Pavel Pintr Virtuální zobrazení vzdálených objektů dlouhofokálními spojkami a konkávními zrcadly Zdeněk Rail, David Vápenka Střed Čech, Moravy, Slezska, Slovenska a vybraných velkých měst Jaroslav Střeštík Fyzikálně astronomické úvahy II. Pavel Oupický Projekt BIOFYZ Vliv přírodních fyzikálních faktorů na člověka (heliofyzikální, magnetosferické, meteorologické faktory) Bohuslav Pokorný, Jaroslav Střeštík, Martin Novák, Jan Klimeš ml., Jan Klimeš st. Novinky ve výzkumu kosmického počasí Michal Švanda Úvaha nad slunečními extrémy - 2 Jiří Čech Aktuální sluneční cyklus z pohledu pozorovatele Jan Klimeš ml., Jan Klimeš st. The high-resolution observations in the solar corona Krzysztof Barczyński, Hardi Peter, Belik Marcel, Grzegorz Michalek Účinky slunečního zatmění v ionosféře Josef Boška CSc., Kateřina Potužníková Vliv dolní atmosféry na ionosféru Petra Koucká Knížová, Zbyšek Mošna, Kateřina Potužníková, Josef Boška, Daniel Kouba Polární záře v noci ze 17. na 18. března 2015 viditelná z území ČR Richard Kotrba Polární záře nad Faerskými ostrovy Jan Sládeček METODIKA HODNOCENÍ BIOMETEOROLOGICKÉ ZÁTĚŽE Martin Novák MEDICÍNSKO-METEOROLOGICKÉ PRACOVIŠTĚ OŽIVENÍ IDEY PO 25 LETECH Jaroslav Dykast, Martin Novák Vliv horkých a studených vln na kardiovaskulární úmrtnost a nemocnost v České republice, Hana Hanzlíková, Jan Kyselý, Eva Plavcová, Bohumír Kříž, Jan Kynčl Kvalita ovzduší ČR v posledním zpracovaném roce 2013 Jan Sládeček

6 ZAČÍNAJÍ KVÉST LÍSKA, OLŠE, BŘÍZA ŠÍŘÍCÍ VÝZNAMNÉ PYLOVÉ ALERGENY DŘÍVE? ANEB VYHODNOCENÍ DLOUHÝCH FENOLOGICKÝCH ŘAD Lenka Hájková, Věra Kožnarová Dlouhodobý vývoj agroklimatických podmínek v ČR Středová H., Středa T., Pokorný R. TŘICET LET SYSTEMATICKÉHO VÝZKUMU OBLASTI ZEMĚTŘESNÝCH ROJŮ V ZÁPADNÍCH ČECHÁCH Jan Zedník, Josef Horálek, Milan Brož a kolektiv týmu Webnet Skalní umění Jiří Voňka Neolitický těžební areál na katastru obce Jistebsko (Jizerské hory) Blanka Šreinová Biorytmy jako jeden z projevů života Petr Kachlík Možnosti realizace geofyzikálních měření pomocí moderní součástkové základny Jan Klimeš ml. 50 let registrace SEA na hvězdárně v Úpici Radovan Mrllák Další rok s radiovou registrací meteorů v Úpici a Jaroměři Marcel Bělík Speciální teorie relativity (poznámky) Jiří Mihola

7 7

8 Vzpomínka na dr. Ladislava Křivského Eva Marková, Sluneční sekce ČAS Abstrakt: V letošním roce (8. prosince) by se dožil 90ti let RNDr. Ladislav Křivský, CSc., jehož jméno je velmi významně spojeno s konferencí Člověk ve svém pozemském a kosmickém prostředí. Je spoluzakladatelem této konference a také autorem jejího názvu. Od jejího vzniku až do doby, kdy už mu to jeho zdravotní stav nedovoloval, byl každoročně jejím aktivním účastníkem. Přednesl na ní řadu cenných odborných příspěvků a tvůrčím způsobem se zapojoval do diskuzí. Byl významnou osobností známou u nás i v zahraničí nejen svou činností v oblasti sluneční fyziky, ale i v řadě jiných oborů, jako je např. planetární astronomie, meteorologie, bioklimatologie. Pronikl i do egyptologie a geologie. Všechny výsledky jeho zkoumání lze nalézt ve zhruba 350ti původních vědeckých pracích a řadě monografií. V tomto krátkém příspěvku u příležitosti jeho nedožitých devadesátin bych ráda připomněla nejen jeho význam a přínos pro existenci konference Člověk ve svém pozemském a kosmickém prostředí i pro řadu různých vědních oborů, ale vzpomněla si na něho i jako na mimořádnou osobnost po stránce lidské. Motto: Když je vůle, i při omezených a nepříznivých podmínkách lze udělat víc než při podmínkách ideálních. Toto motto bylo hlavním krédem v životě dr. Křivského. Vždy se snažil dělat maximum a to i v době kdy byl v politické nemilosti. Neboť byl přesvědčen, že i za nepříznivých podmínek člověk, když chce, může dosáhnout dobrých výsledků, ba často i lepších, než při ideálních podmínkách, pokud promarní čas a nebude dělat naplno. RNDr. Ladislav Křivský, CSc. se narodil 8. prosince 1925 v Praze, zemřel 24. dubna 2007 v Ondřejově. Dětství prožíval střídavě v Praze a u příbuzných v Milíčevsi. V Praze navštěvoval základní školu, která měla název Raisova škola. Následovalo studium na tzv. Křemencárně, což bylo Masarykovo reálném gymnáziu v Praze II Křemencově ulici (dnes Masarykova střední škola chemická). Vystudoval Přírodovědeckou fakultu University Karlovy kosmickou fyziku, kde v r promoval a získal titul doktor přírodních věd (RNDr.). Po obhájení disertační práce s názvem Vztah mezi kolísáním klimatu a sluneční činnosti mu byl na MFF UK udělen titul CSc. V době války byl totálně nasazen do ČKD, kde se zapojil do odboje. Kolportoval ilegální tisk a pokyny pro sabotáže. Na nich se také přímo se svými spolupracovníky podílel: plnili kompresory pískem, upouštěli vzduch z potrubí, kterými šel do kompresorů, takže se snižoval tlak a tím i výkon, do mazacího oleje přidávali smirkový prášek. Před možným zatčením byl varován, takže se pak musel skrývat. Před koncem války ale hrozilo zatčení gestapem opět, neboť došlo k vyzrazení místa schůzky vedoucích ilegálních skupin v Žitné ulici. Zátahu se vedle gestapa zúčastnili i kolaborující čeští policisté, ale naštěstí 10 minut před schůzkou přišlo varování. Po skončení studia (od r. 1948) pracoval ve Státním meteorologickém ústavu v Praze Ruzyni, kde se zabýval synoptikou a meteorologií. Využil ale první možnosti, která se mu naskytla, aby se věnoval astronomii, i když to pro něj znamenalo určité materiální ztráty. A tak od r pak pracoval v Astronomickém ústavu ČSAV, nejdříve v Praze a později v Ondřejově ve slunečním oddělení, kde se věnoval především vzniku a vývoji sluneční aktivity. Sluneční fyzice zůstal věrný až do konce svého života i přesto, že po roce 1968 nebyl vždy uznáván tak, jak by si jeho osobnost i jeho práce zasloužily. Naopak, byly mu házeny různé klacky pod nohy v podobě zákazů cestování na zahraniční stáže a konference a nemožnosti publikovat některé revoluční poznatky jak z astronomie, tak i z dalších oborů, jimiž se zabýval a v nichž učinil řadu významných závěrů a v nichž pak sklízel úspěch někdo jiný v zahraničí. V průběhu svého působení v astronomii publikoval přes 330 původních vědeckých prací, které měly více než 700 zahraničních citací a řadu kladných ohlasů. Kromě toho napsal přes 500 populárních článků, přednesl řadu přednášek, vystupoval v médiích. Podílel se i na výchově mladých vědců či adeptů na vědu. Byl autorem či spoluautorem řady knih, z nichž jmenujme alespoň knihy Slunce náš život (spoluautor J. Dvořák) a Slunce z kosmického prostoru. Jednou z jeho nejvýznamnějších prací je monografie Solar proton flares and their prediction vydaná v r Jeho hlavním oborem, jak už bylo řečeno, byla sluneční fyzika. Věnoval se především vzniku a vývoji sluneční aktivity. Mezi nejvýznamnější výsledky jeho celoživotní práce patří např. nalezení souvislosti mezi množstvím srážek ve střední Evropě a osmdesátiletým cyklem sluneční aktivity, nebo doložení existence zdrojů X-emise a jejich ionizační efekt na zemskou atmosféru. V r na základě sledování rádiové emise na Hvězdárně v Úpici podstatně doplnil chybnou interpretaci koronální exploze na Slunci snímané americkou stanicí Skylab. Na základě jím získaných poznatků začal vydávat týdenní předpovědi sluneční aktivity, které 8

9 mají velký význam pro kosmonautiku, ale i pro řadu různých odvětví národního hospodářství a o něž byl velký zájem nejen u nás, ale i v zahraničí. Vedle rozsáhlých teoretických znalostí byl i vynikajícím pozorovatelem a měl velké schopnosti syntézy. Díky tomu byl i významnou osobností při řešení vztahů Slunce Země. I zde publikoval řadu prací. Mimo jiného byl spoluautorem třídílné publikace Faktory slnečnej a geomagnetickej aktivity v životnom prostredí, vydané tehdy tzv. Komplexní racionalizační brigádou Štúdium biotropnej schopnosti synergetického posobení faktorov kosmogénneho chrakteru so zretelom na potreby celospolečenskej praxe, jíž byl také členem. Významnou roli sehrál též při sledování a výzkumu jevů souvisejících, jakými jsou např. polární záře. Neméně důležité jsou i jeho objevy a úspěchy v dalších oborech jako je např. meteorologie (teorie vlivu pádu planetek do oceánu na změnu klimatu Země), planetární astronomie (vysvětlení vzniku tvaru měsíčních kráterů) a egyptologie (vysvětlení některých záhad kolem stavby egyptských pyramid na základě jeho pozorování Slunce; objevil tzv. "pyramidové slunce" - všiml si, že při jeho východu, za určitých atmosférických podmínek, má slunce tvar pyramidy a tak si toho mohli všimnout i staří egypťané, a jelikož uctívali slunce jako boha Ra, stavěli mu na jeho počest pyramidy). Na základě svých pozorování a studiem přírody vysvětlil důvod vlajkovitého tvaru stromů na Milešovce. Zúčastňoval se i řady seminářů a konferencí, do r i v zahraničí, kam byl často zván s přehledovými referáty, po r. 1968, kdy mu výjezdy do ciziny byly z politických důvodů prakticky zakázány, v tuzemsku. Byl to především sluneční seminář na Slovensku, kde figuroval i v přípravném vědeckém výboru, a pak hlavně každoročně interdisciplinární konference Člověk ve svém pozemském a kosmickém prostředí pořádaném Hvězdárnou v Úpici a později i některými dalšími subjekty, jíž byl společně s panem Vladimírem Mlejnkem, tehdejším ředitelem úpické hvězdárny, MUDr. Vojtěchem Kopeckým a Janem Klimešem, zakladatelem. I název této konference věnované široké ekologii, který byl někdy kritizován pro svoji délku, který ale nejlépe vystihuje zaměření této konference, je jeho dílo, byl vlastně takovým duchovním otcem této konference. Jeho účast byla vždy aktivní se zajímavými příspěvky (např. v r Efekt slunečních erupcí, zvláště protonových, ve vývoji cirkumpolárních elektrických ionosférických proudů ; v r První egyptské pyramidy ztvárnění boha Slunce ; v r Sluneční aktivita kolem 17. XI a polární záře ; v r Energetické elektrony u Země a jejich variace v průběhu skvrnového cyklu a změn tvaru koróny ; v r Extrémy sluneční aktivity odvozené ze změn hladiny kosmického záření a z pozorování v intervalu posledních let a další) a také se velmi aktivně zapojoval do diskuzí, čímž výrazně přispíval k zaměření konference. Velký význam sehrál též při hledání odborného zaměření lidových hvězdáren, neboť řada odborných programů, které na některých hvězdárnách běží dodnes, byla zahájena na jeho doporučení a často i pod jeho odborným vedením. Ne jinak tomu bylo i v případě úpické hvězdárny, kdy právě pozorování sluneční aktivity v optickém oboru (kreslení a fotografování slunečních skvrn) a později i měření a registrace sluneční aktivity v rádiovém oboru bylo prováděno na jeho doporučení. Byl aktivní i v řadě vědeckých společností. Od roku 1945 byl členem Československé (později České) astronomické společnosti, kde hlavní činnost vyvíjel především ve Sluneční sekci a mnoho let v ní zastával funkci předsedy. Několik volebních období pracoval i v hlavním výboru společnosti. Spoluzakládal Československou bioklimatologickou společnost, kde také řadu let pracoval v hlavním výboru. Aktivní byl též v meteorologické společnosti. Byl zakládajícím a čestným členem obecně prospěšné společnosti Milešovka. Za svoji celoživotní činnost, která přinesla mnoho mimořádných významných výsledků, se nakonec dočkal i ocenění. V roce 2001 mu sjezd České astronomické společnosti za jeho dlouhodobé aktivní členství udělilo čestné členství. Za vynikající výsledky v oblasti astronomie, které dělají dobré jméno astronomii u nás i ve světě, obdržel v r od České astronomické společnosti Nušlovu cenu, což je prestižní cena, kterou Česká astronomická společnost uděluje významným osobnostem za jejich celoživotní vědeckou, odbornou, pedagogickou, popularizační nebo organizační práci v astronomii a příbuzných vědách. A kromě toho jeho jméno je jednou pro vždy zapsáno i ve vesmíru. Je po něm totiž pojmenovaná planetka, která nese jméno (23583) Křivský. Tuto vzpomínku jsem věnovala člověku zcela mimořádnému, jakým dr. Křivský určitě byl. Byl to člověk, který vždy vše dělal naplno, který se nenechal zlomit ani politickými sankcemi po r. 1968, s nímž vždy bylo příjemné posedět, popovídat si o čemkoliv, řešit jakýkoliv vědecký či jiný problém. Nebo jít na procházku, ať už sbírat houby nebo jen tak. Vždy se člověk od něj dozvěděl spoustu zajímavostí. A mimo jiného to byl člověk, který na rozdíl od většiny z nás prakticky stále prožíval spoustu mimořádných, ba často až neskutečných událostí. Část z nich nám sdělil ve své knize Já a moje panoptikum, část z nich ale bohužel zůstala někde v podvědomí těch, co jim je vyprávěl, často při sklence dobrého vína, jehož byl znalec. Třeba i ty někdy někdo sepíše. A na úplný závěr si neodpustím jeden úsměvný příběh: Jednou, když jsem měla jet na dovolenou do Itálie, dr. Křivský mi kladl na srdce, abych určitě, až budu v Benátkách, navštívila chrám San Christoforo. Je tam totiž pochovaný jeden z jeho předků pocházející od Nové 9

10 Paky. Jmenoval se Ant Ditttich, nejdříve byl pirátem, zemřel ale v Paříži jako bohatý finančník. Poslední vůlí zanechal příbuzným v Čechách, tedy i dr. Křivskému, obrovský majetek, který činil: - 3 domy v Benátkách 1, franků -2 domy na ostrově Korfu franků -1 dům u sala Marsaqa franků - 14 střevíců dlouhý a 14 s třevíců široký truhlík 31, franků obsahující stříbro a zlato franků Ludosrs 1, franků - věci o zlatě 1, franků křížových tolarů 9, franků - 6 beden ze stříbra franků - 2 pytlíky diamantů franků - 6 kočárů, 16 postelí, 100 pozlacených seslí, 51 zrcadel a jiný nábytek 2, franků - 2 lodi půjčené na 3% Tento majetek ale v roce 1925 propadl Francouzskému státu, a tak si dr. Křivský musel po celý život vydělávat jako vědecký pracovník. Možná to ale bylo dobře, protože bez něho by možná naše věda i život nás, co jsme ho znali, byl o dost chudší. Zdroje: Křivský, L: Já a moje panoptikum; 1997 Nakladatelství a vydavatelství SKY Informační zpravodaj ČSBkS 1990, 1995, 2000, 2005, 2007 Osobní informace dr. L. Křivského 10

11 Katadioptrický systém G.M.Popova Hvězdárny v Úpici Zdeněk Rail, Zbyněk Melich, Ústav fyziky plazmatu AV ČR,v.v.i.- Toptec Sobotecká 1660, Turnov melichz@ipp.cas.cz, rail@ipp.cas.cz Abstrakt: V šedesátých letech 20. století byla navržena řada dvojzrcadlových katadioptrických dalekohledů, využívajících korekčních čoček, umístěných před jejich sekundárem. Jedním z prvních návrhářů těchto přístrojů byl P.P. Argunov. Jeho návrhy byly dále rozvíjeny G.M. Popovem, J. Klevcovem a dalšími optiky. V roce 2005 byl takový dalekohled Popova o průměru 305 mm vyroben ve Vývojové optické dílně AV ČR v Turnově (dnes Ústav fyziky plazmatu AV ČR,v.v.i.-Toptec). Přístroj měl nahradit starší dalekohled Maksutov-Cassegrain o průměru 260 mm hvězdárny v Úpici, který bylo nutné zrekonstruovat. V referátu prezentujeme optický návrh systému Popova Hvězdárny v Úpici a porovnáváme jej s ekvivalentním komerčním dalekohledem typu Schmidt- Cassegraina a dalšími přístroji. The Catadioptric System of Popov of the Observatory in Úpice Abstract: During the Sixties of the Twentieth Century series of two-mirror catadioptric telescopes were designed with a correcting lens in front of their secondary mirror. On of the first designers of these devices was P.P. Argunov. His optical designs were further developed by G.M. Popov, J. Klevcov and other opticians. In 2005 one telescope of a Popov system of diameter 305 mm was manufactured in Development Optical Workshop of Academy of Sciences of Czech Republic (now Institute of Plasma Physics of AS CR,v.v.i.-Toptec) in Turnov. The telescope was intended to substitute an older Maksutov-Cassegrain telescope of diameter of 260 mm of observatory in Úpice which required the reconstruction. In this paper we present an optical design of the Popov s system of observatory in Úpice and compare it with an equal commercial Schmidt-Cassegrain telescope and further devices. 1. Úvod. Od padesátých letech 20. století se začalo používat prvních počítačů k návrhům optických soustav. Tehdy vznikla řada algoritmů, které bylo možné snadno programovat. Programy pak umožnily počítat parametry optických soustav a minimalizovat jejich optické vady, co předtím bylo velice zdlouhavé a v případě složitých systémů prakticky nemožné. Počítače bylo také možné efektivně použít i pro výzkum velkého počtu variant jednoduchých optických systémů, což ušetřilo spoustu práce výpočtářů [1]. V tomto období byl hledán optický návrh dalekohledu, který by bylo možné snadno a levně vyrábět ve velkých sériích. V optickém návrhu tyto požadavky znamenají použití sférických ploch, omezit průměry čoček, a ty vyrábět z co nejlevnějších optických skel. Jak v USA, tak v bývalém SSSR vznikla myšlenka použít v dvojzrcadlovém dalekohledu jednočočkový nebo vícečočkový korektor, umístěný těsně před jeho sekundární zrcadlo. Světlo pak tímto členem prochází dvakrát. Primární i sekundární zrcadla měly být sférické plochy. V 60. letech se takovými přístroji zabýval Argunov, avšak jeho přístroje se příliš nerozšířily. Koncem 60. let byl publikován návrh dvojzrcadlového systému G.M.Popova [2] se sférickými zrcadly a s meniskovým korektorem před sekundárním zrcadlem. Korektor byl orientován konkávní plochou k primárnímu zrcadlu. Z poloviny 70. let je známa i soustava J. Klevcova [3,5,7] se sférickým primárním zrcadlem. Místo zrcadlového sekundáru je použito Manginovo zrcadlo, před kterým je navíc umístěn meniskový korektor. Na rozdíl od Popovova systému je tato soustava aplanatická. Asi před deseti lety se na trhu objevil fotografický dalekohled firmy Vixen, vycházející ze soustavy Sampsona. Dalekohled má elipsoidální primární zrcadlo. Sekundární zrcadlo je realizováno v podobě Manginova zrcadla. Pro korekci mimoosových vad je použit tříčočkový korektor poblíž ohniska soustavy. Popovovy soustavy byly vyráběny jak britskou firmou Orion Optics, tak firmou Vixen. Klevcovovy dalekohledy dodává od poloviny 90. let Novosibirsk Instrument-Making Plant. 11

12 2. Dvojzrcadlové dalekohledy Popova, vyráběné ve VOD AV ČR (ÚFP AV ČR v.v.i.-toptec) v Turnově. Počátkem devadesátých let byly experimentálně vyrobeny dva dalekohledy Klevcov o průměru 190 mm a ohniskové vzdálenosti 1830 mm. Následně v roce 1995 jsme dokončili několik souprav optiky na dalekohled Popov 190/1550. Tyto soustavy jsou neaplanatické [4]. V roce 2000 byl pro pracoviště zakoupen optický program ZEMAX [6], který byl použit k dalšímu výzkumu optických soustav. Bylo zjištěno, že mimoosové vady dalekohledu Popova lze radikálně zmenšit použitím dvojčočkového korektoru, umístěného před ohniskovou plochou. Sekundární zrcadlo bylo nutné mírně asférizovat. Dvě takové soustavy jsme vyrobili v roce Následující rok, 2005, k nám byl přivezen z hvězdárny v Úpici dalekohled typu Maksutov Cassegrain 260/2600, abychom jej zkontrolovali a zjustovali. Měření ukázala, že jeho zrcadla jsou zborcená a jejich rekonstrukce bude trvat značnou dobu. Aby nebyl narušen pozorovací program hvězdárny, navrhli jsme tuto soustavu nahradit jinou, s co nejbližšími stavebními parametry. Nejlepší variantou náhrady byl dalekohled Popov o průměru 305 mm a ohniskové vzdálenosti 2860 mm, která byla navržena tak, aby šlo využít naši základnu optických kalibrů a přípravků. 3. Konstrukce dalekohledu Popov 305/2860 úpické hvězdárny. Nahradit dalekohled Maksutov Cassegrainu 260/2600 za soustavu Popov 305/2860 se nám jevila jako nejjednodušší řešení. U nového přístroje jsme zachovali poloměr křivosti a průměr sférického primárního zrcadla. Toto zrcadlo jsme vyrobili o 15 mm silnější oproti původnímu, které s krajovou tloušťkou 30 mm bylo díky nižší tuhosti astigmaticky zborcené. Uložení silnějšího zrcadla do původní objímky se obešlo bez její podstatné úpravy. Další konstrukční parametr, který jsme přibližně zachovali, byla vzdálenost mezi vrcholy primárního zrcadla a vrcholu korekčního menisku. Umožnil to dostatečný rozsah pohybu držáku sekundárního zrcadla podél optické osy soustavy. Průměr sekundárního zrcadla byl stejný jako u původního dalekohledu Maksutov-Cassegrain. Meniskový korektor byl umístěn do hliníkové objímky, zajištěn na obvodu z vnější strany kroužkem se závitem, z vnitřní strany malým osazením. Celá objímka s meniskem byla uchycena na objímku se sekundárním zrcadlem. Vnitřní osazení má funkci distančního kroužku mezi meniskem a sekundárním zrcadlem. Držák sekundáru umožňuje tento člen naklánět ve dvou osách a posouvat s ním podél optické osy. Tímto způsobem je umožněno dalekohled justovat a nastavit správnou polohu ohniskové plochy. Pro pohodlnější pozorování je přístroj vybaven zenitálním zrcátkem se zalomením optické dráhy vystupujících paprsků o úhel 90, je vhodné u něho použít jen okuláry o průměru 1 ¼ palce. Dalekohled je umístěn v hlavní kopuli úpické hvězdárny na společné montáži s fotografickou Maksutovovou komorou 360/840 a refraktorem Merz 160/1800 a slouží pro veřejná pozorování. Stavební parametry dalekohledu Popov hvězdárny v Úpici jsou uvedeny v tabulce č.1. Tab. 1 Parametry neaplanatické soustavy Popova: průměr 305 mm, ohnisková vzdálenost 2860 mm, všechny plochy jsou sférické. Povrch Typ Poloměr křivosti [mm] Tloušťka [mm] Sklo Prům ěr [mm] Kužel [mm] OBJ standard inf inf standard zrcadlo standard BK standard standard zrcadlo standard BK Pozn. 12

13 STO standard , IMA standard Později bylo vyrobeno několik dalších soustav Popova, tentokrát již s korektorem pole a asférickým sekundárním zrcadlem. 4. Zbytkové vady dalekohledu Popov Hvězdárny v Úpici. Dominantní optickou vadou dalekohledu Popov na jeho optické ose je sférochromatická aberace. Její charakter je typický pro soustavu, používající ke korekci meniskového korektoru, který vnáší do systému vady vyšších řádů. Toto znamená, že pro žádnou vlnovou délku nelze dosáhnout úplné kompenzace sférické aberace. V případě dalekohledu pro úpickou hvězdárnu byl zvolen kompromis hodnoty podélné sférické aberace ds 0.3 mm pro zelenou spektrální čáru rtuti (λ = nm). Vzhledem k tomu, že k výrobě meniskového korektoru jsme použili již vyrobených kontrolních optických kalibrů o existujících poloměrech křivostí, u naší soustavy vychází nulová zóna vně průměru její apertury. V této zóně by měly paprsky všech vlnových délek společnou sečnou vzdálenost. Podélná chromatická vada dalekohledu v oboru vlnových délek od 405 nm do nm má hodnotu cca 0.3 mm. Pro tento spektrální rozsah poskytuje přístroj na optické ose stigmatické obrazy, všechny geometrické paprsky z něho protnou ohniskovou plochu v kroužku o průměru difrakčního kroužku. Velikost zbytkové sférochromatické vady je dána jednak přesností zhotovených sférických zrcadel a hlavně však dodržením optických parametrů menisku. Poloměry křivostí a hlavně jejich rozdíl u dalekohledu úpické hvězdárny by neměl přesahovat rozdíl 0,2-0,3 mm. Rovněž výsledná tloušťka menisku by měla být dodržena v toleranci 0,05 mm. Není-li u vyrobeného dalekohledu opravena otvorová vada podle výpočtu, lze retušovat optickou plochu sekundáru a dosáhnout požadovanou hodnotu, i když za cenu vnesení mírného zbytkového chromatismu do systému. U dalekohledu Popov existuje i možnost opravy sférochromatické vady meniskem, u kterého konkávní i konvexní plochy menisku mají stejnou hodnotu poloměru křivostí. Tím se značně ulehčí výroba potřebných brousících, leštících a kontrolních výrobních přípravků. Mimoosové obrazy jsou nejvíce zhoršeny komou, jejíž příčný rozměr 0.25 od optické osy má hodnotu cca 120 µm. Astigmatismus vně optické osy je prakticky zanedbatelný. Poloměr Petzvalovské křivosti pole úpického systému Popova má hodnotu R=-1331 mm, tedy konkávní ke vstupujícím paprskům. Užijeme-li na jeho srovnání do rovinné plochy Piazziho čočku, zlepšení obrazů hvězd v celém zorném poli bude zanedbatelné. 5. Soustavy Popova s korektorem mimoosových vad. V polovině 90. let jsme vyrobili několik systémů typu Popov o průměru 190/1550 mm. Po zakoupení výpočetního programu Zemax jsme hledali možnost zlepšení zobrazovacích vlastností. Zjistili jsme, že dvojčočkový korektor ze stejných skel, umístěný před ohniskovou plochou, je schopen velice radikálně opravit mimoosové obrazy, avšak za cenu mírné asférizace plochy sekundárního zrcadla. Původní optický návrh umožnil použít všechny přípravky a kalibrační skla pro výrobu nové verze dalekohledu Popov s lépe vykorigovanými vadami. Nejprve jsme zkusili výrobu několika soustav o průměru 190 mm a ohniskové vzdálenosti 1655 mm. Po jejich dokončení a testech bylo následně vyrobeno několik souprav optiky s korektory pole na dalekohledy o rozměrech 305/3050 a 260/2600. Parametry jedné z variant s korektorem jsou uvedeny v tabulce č

14 Tab. 2 Parametry aplanatické soustavy Popova: průměr 305 mm, ohnisková vzdálenost 3022 mm, sekundární zrcadlo má tvar zploštělého sféroidu s malou odchylkou od sféry. Povrch Typ Poloměr křivosti [mm] Tloušťka [mm] Sklo Průměr [mm] OBJ standard inf inf standard inf standard zrcadlo standard BK standard Kužel [mm] Pozn. 5 standard zrcadlo 112 0, sféroid 6 standard BK STO standard standard BK standard standard 131,27 10 BK standard , IMA standard Vlastnosti dalekohledu Popova a jeho porovnání s ekvivalentními systémy. Dalekohledy s čočkovými korektory, umístěnými před sekundárem, reprezentují skupinu přístrojů, vyznačující se snadnou výrobou i v hůře vybavené optické dílně. Vhodným optickým návrhem, tedy použitím vhodně navržených optických korektorů, lze redukovat velikost jejich zbytkových vad. Lze pak vyrábět i přístroje pro vizuální pozorování s malým centrálním stíněním, aby nedocházelo ke zhoršování kontrastu obrazu. Rovněž je možné navrhnout přístroje pro zobrazení středně velkých zorných polí, cca do průměru 1-2. Jejich nevýhodou jsou vysoké nároky na přesnost justáže, což z nich činí přístroje nepříliš vhodné na převážení na pozorovací místa dopravními prostředky. Optimální světelnost pro jejich sférická primární zrcadla je od 1/3 nebo lépe 1/3.5. Sférochromatická vada systému Popova závisí na tloušťce korekčního menisku. Pokud se navrhuje velký dalekohled, nad průměr 400 mm, může dvojnásobný průchod světla tlustým meniskem znamenat značné ztráty absorpcí ve skle. V tomto případě je výhodnější nahradit tlustý menisek dvojčočkovým izochromatickým korektorem Argunova. Taková soustava o průměru 400 mm a ohniskové vzdálenosti 4000 mm byla realizována pro Hvězdárnu Karlovy Vary. Srovnáváme-li dalekohled Popov 300/3000 bez korektoru s ekvivalentním dalekohledem Newton, oba dalekohledy budou na optické ose stigmatické. Dalekohled Newton bude mít příčný rozměr komatických obrazů cca čtyřikrát menší. Komerční kompaktní Schmidt-Cassegrain nebude ani v užším oboru od nm do nm zobrazovat stigmaticky díky sférochromatické vadě. Příčné rozměry obrazů komy budou o 30 % větší než u dalekohledu Popov. Ekvivalentní achromatický dublet z klasických optických skel bude mít na optické ose výraznou chromatickou vadu. Použijí-li se k výrobě čočkového objektivu nové typy skel, například OK6 nebo KzFS2 v kombinaci s fluoritem, pak barevná vada dubletu se sice radikálně zlepší, avšak v širokém oboru mezi 405 nm nm tato vada již nebude zanedbatelná. Většina dubletů jsou navrhovány jako aplanatické, tedy opravující komu. Aplanatický systém Klevcova lze porovnat jen se systémem Popova s korektorem pole. Dva dalekohledy dle návrhu J. Klevcova byly experimentálně ve VOD AVČR vyrobeny a testovány již v roce Později byly realizovány systémy Popova v modifikacích bez i s korektorem. 14

15 V devadesátých letech tyto přístroje byly u nás neprávem přehlíženy a jejich zobrazovací vlastnosti z nepochopitelných důvodů zpochybňovány a to i v době, kdy dalekohledy z Novosibirska se velmi úspěšně prosadily na trzích ve Spojených Státech, Velké Británii, Německu, 7. Závěr. Dalekohled Popov 305/2860 Hvězdárny v Úpici byl navržen jako kompromisní řešení náhrady za starší přístroj Maksutov Cassegrain 260/2600, s maximálním využitím všech původních mechanických dílů kompletu tubusu [8]. Poloměry křivostí optických ploch dalekohledu byly navrženy tak, aby při výrobě optických členů bylo možné použít existující obráběcí přípravky a optické kalibry. Dalekohled zobrazuje v oboru nm na optické ose stigmaticky a jeho koma je zhruba o 30% menší než u komerčního neaplanatického dalekohledu typu Schmidt Cassegrain. Jeho ohniskovou plochu není nutné rovnat Piazziho čočkou. Na výrobu čočkového korektoru bylo použito běžné optické sklo BK7. Centrální stínění u dalekohledu dosahuje 40%. Hlavní nevýhodou přístroje je požadavek přesné justáže všech optických ploch soustavy. Přístroj je hlavně určen pro pozorování oblohy návštěvníky hvězdárny. Tento článek vznikl v rámci projektu č. CZ.1.05/2.1.00/ Regionální centrum speciální optiky a optoelektronických systémů TOPTEC, který je realizován za podpory Evropského fondu pro regionální rozvoj v programu OP VaVpI a Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy České republiky. 8. Literatura. [1] Michelson N. N., Optičeskije teleskopy, Izdatelstvo Nauka, Glavnaja redakcija fiziko-matematičeskoj literatury, Moskva, 1976, [2] Popov G. M., Sovremennaja astronomičeskaja optika, Moskva, Nauka, Glavnaja redakcija fizikomatematičeskoj literatury, 1988 [3] Ju. A. Klevcov, 2000 [4] Field Ralph, Maksutovs with Subaperture Correctors, Sky & Telescope, August, 1981, page [5] Klevcov J. A., Perspektivy razvitija Kassegrenovskich teleskopov s korrektorom v schodjaščichsja pučkach lučej, Optičeskij žurnal, tom 71, No. 10, 2004 [6] Optical Design Program Zemax, User s Guide, Version 10, Focus Software, Inc., Tucson, 2005 [7] Rutten, van Venrooij, Telescope Optics, Willmann- Bell, Inc., Richmond, Virginia, 2002 [8] Mlejnek V., Vzpomínky na vznik a rozvoj Hvězdárny v Úpici, Hvězdárna v Úpici, Úpice,1999, 49s. 9. Autoři. Zdeněk Rail, prom.fyz., Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i., Regionální centrum speciální optiky a optoelektronických systémů TOPTEC, Sobotecká 1660, Turnov, tel.: , rail@ipp.cas.cz Zbyněk Melich, RNDr, Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i., Regionální centrum speciální optiky a optoelektronických systémů TOPTEC, Sobotecká 1660, Turnov, tel.: , melichz@ipp.cas.cz 15

16 10. Obrázky. 1) Schéma dalekohledu Popov 2) Spotdiagramy soustavy Popov 305/

17 3) Sférochromatická vada soustavy Popov 4) Přenosová funkce - MTF křivky soustavy Popov 17

18 5) Schéma soustavy Popov s korektorem 6) Spotdiagramy Popov 305/3050 s korektorem 18

19 7) Ronchigram v bílém světle neaplanatické verze 190/1550 8) Ronchigram v bílém světle verze s korektorem 305/

20 9) Kontrola soustavy Popov 305/3050 s korektorem 20

21 Sférochromatické vada Clarkova objektivu z observatoře v Ondřejově Zdeněk Rail, Bohdan Šrajer, Daniel Jareš, David Vápenka, Pavel Pintr Ústav fyziky plazmatu AV ČR,v.v.i.- Toptec Sobotecká 1660, Turnov rail@ipp.cas.cz, srajer@ipp.cas.cz, daniel.jares@yahoo.com, vapenka@ipp.cas.cz, pintr@ipp.cas.cz V naší práci jsou předloženy výsledky matematické simulace zbytkových vad Clarkova objektivu o průměru 8 palců (203.2 mm). Tento achromatický dublet je používán na observatoři v Ondřejově více než 100 let k pozorování Slunce. The Spherochromatic Aberration of the Clark s Objective Lens of the Ondřejov Observatory In our paper the results of mathematical simulations of the residual aberrations of Clark s 8 inch (diameter mm) objective lens are presented. This achromatic dublet has been used at the Ondřejov Observatory for more than 100 years mostly for solar observation. 1. Úvod Refraktory mají z historického hlediska výsadní postavení v tom, že to byly první astronomické dalekohledy vyráběné profesionálními optiky. Teorii achromatického objektivu, složeného ze dvou tenkých čoček, vypracovali v polovině 18. století Cauchy, D Alembert, Euler. Na jejich práci navázal Joseph Fraunhofer, který začal systematicky vyrábět objektivy s definovanými zbytkovými vadami. Zavedl matematickou kontrolu chodu paprsků optickou soustavou, aby zjistil a optimalizoval její vady. Své objektivy vyráběl z optického skla, odlévaného metodou švýcarského chemika Pierre-Louis Guinanda. Po Fraunhoferově smrti pokračovala řada optiků ve zdokonalování výroby achromatických objektivů a zvětšování jejich průměrů. [1] Ve Spojených státech k nim patřil Alvan Clark, který se optikou začal zabývat v polovině 40. let 19. století. Nejprve vybrousil několik kovových zrcadel, poté zkoušel přebrušovat a retušovat objektivy vyrobené jinými optiky. Věhlas získal až po deseti letech práce, kdy jeho přístroje umožnily astronomům pozorovat řadu velice obtížně rozlišitelných dvojhvězd. U svých objektivů zvětšoval průměry, až nakonec vyrobil čtyřicetipalcový dublet (průměr 1016 mm), jehož průměr nebyl dosud překonán. Pro svoji vysokou kvalitu se dalekohledy s Clarkovými objektivy staly na řadě hvězdáren hlavními přístroji. Jako ostatní výrobci optických přístrojů, i Clark svoje metody výpočtů, výrobní postupy a měření pečlivě tajil. [2], [6] Osmipalcový (průměr mm) objektiv observatoře v Ondřejově, vyrobený Alvanem Clarkem, je patrně nejdéle aktivně vědecky používaný objektiv u nás. Přesný rok jeho výroby není znám, avšak nejpravděpodobněji byl v Bostonu zhotoven kolem roku pro reverenda R.W.Dawese. Velice záhy byl prodán britskému astronomu Nicolasu Martindaleovi z Liverpoolu, který s ním řadu let pozoroval. Po jeho smrti dalekohled koupil v roce 1888 profesor Vojtěch Šafařík, který jej umístil na svoji hvězdárnu v Praze na Královských Vinohradech. Po smrti profesora Šafaříka, počátkem 20. století, věnovala vdova Pavlína přístroj J.J.Fričovi. Celý dalekohled byl zrekonstruován, čočky objektivu byly uloženy do nové, ocelové objímky, mahagonový tubus byl nahrazen kovovým a byla zhotovena nová montáž. Přístroj byl přestěhován na Ondřejov, kde zůstal dodnes. Od padesátých let 20. století slouží na observatoři Astronomického ústavu Akademie Věd České Republiky v Ondřejově výlučně k pozorování Slunce, převážně se s ním fotografuje sluneční fotosféra. [2], [3] V roce 2013 byl objektiv dovezen na turnovské pracoviště ÚFP AV ČR, v.v.i. - Toptec k vyčištění a justáži. Při této operaci byly čočky vyjmuty z objímky a přeměřeny. Ze získaných dat bylo možné vytvořit matematický popis zbytkových optických vad tohoto dubletu. 2 21

22 2. Popis měření Aby bylo možné vytvořit matematický popis zbytkových optických vad objektivu, bylo nutné nejprve proměřit sečné vzdálenosti paraxiálních paprsků pro různé vlnové délky a určit jeho chromatickou křivku. Toto měření jsme provedli autokolimačním testem s použitím Ronchiho testovacího přístroje s mřížkou 5 vrypů/mm. K dispozici jsme měli 18 filtrů ve spektrálním rozsahu od 422 nm do 723 nm s dostatečně úzkými pološířkami propustnosti. Filtry jsme umísťovali mezi mřížku Ronchiho přístroje a okem. Dále byly ve čtyřech vybraných vlnových délkéch (475 nm, nm, 578 nm a 656 nm) měřeny hodnoty podélné otvorové vady. Poté jsme čočky vyjmuli z objímky a pomocí sférointerferometru Fisba změřili poloměry křivostí první, druhé a třetí plochy. Poloměr křivosti čtvrté plochy o hodnotě mm byl vypočítán z měření užitím blízkých interferenčních kalibrů. Přitom se ukázalo, že tato výstupní plocha objektivu je s vysokou pravděpodobností asférizována. Mechanické rozměry - průměry čoček a jejich středové tloušťky byly změřeny prostorovým 3D měřícím strojem Dea s přesností setiny milimetru. Disperzní křivka skla spojky byla určena autokolimační metodou : Pomocí rovinného zrcadla, Ronchiho testovacího přístroje a filtrů jsme změřili sečné vzdálenosti paraxiálních paprsků. Indexy lomů skla pro jednotlivé vlnové délky jsme vypočetli užitím optického programu Zemax. Při tonto testu byla spojka orientována svou vypouklejší stranou dopředu kvůli menší otvorové vadě. Poté byly dopočítány programem Zemax i hodnoty indexů lomů rozptylky tak, aby spočtená chromatická křivka dubletu souhlasila s naměřenou. Protože pomocí interferenčního kalibru bylo zjištěno, že čtvrtá, výstupní plochy je asférizována, v programu Zemax jsme přidali k vyjádření profilu této plochy další dva koeficienty rozvoje plochy, 4. a 6. mocniny. U čoček byl prohlédnut stav jejich optických ploch, dále čistota a pnutí uvnitř skel. 3. Výsledky měření Achromatický dvojčočkový objektiv, vyrobený Alvanem Clarkem v Bostonu cca v letech , má průměr D = mm a pro paprsky o vlnové délce nm je jeho ohnisková vzdálenost mm. Čočky dubletu mají mechanické průměry 212 mm a jsou velmi tenké, spojka má středovou tloušťku 17.5 mm a rozptylka 9.0 mm. Objektiv je achromatizován pro čáry B a F (686.7 nm a nm). Pro tyto vlnové délky mají paprsky v zóně o poloměru cca 0.7R ( R = mm, D = 2R) společnou sečnou vzdálenost. Korekci achromatických objektivů pro tyto dvě vlnové délky zavedl počátkem 19. století Joseph Fraunhofer na základě svých empirických zkušeností. Tehdy hlavním kriteriem při posuzování kvality objektivu bylo zobrazení detailů na kotoučcích planet. Při vizuálním pozorování korekce B - F poskytuje v oblasti spektra od žlutozelené až po červenou barvu kontrastnější obraz, protože lépe vyhovuje Planckově křivce slunečního světla s maximem o vlnových délkách cca 580 nm. V modré a fialové části spektra je chromatická vada horší a projevuje se indigově modrozeleným kroužkem okolo jasných objektů. K odstranění tohoto hala se používaly vhodné žluté, žlutozelené nebo oranžové filtry. Od konce 19. století byly vizuální achromatické objektivy navrhovány s korekcí C - F ( nm a nm), která je výhodnější i pro pozemská pozorování. Objektiv s tímto typem korekce vykazuje okolo jasných objektů fialově nachový kroužek, který je oproti indigovému halu vizuálně méně výrazný. [4], [5] Podélná chromatická vada v oboru spektrálních čar B - F má hodnotu 1.9 mm. Sférická vada je optimálně kompenzována pro vlnovou délku cca 656 nm, její profil má tvar písmene S. V čáře C (656.3 nm) byl naměřen rozdíl sečné vzdáleností paprsků zóny 0.7R a společné sečné vzdálenosti středových a krajních paprsků cca 0.4 mm. Pro paprsky o vlnové délce 578 nm je tento rozdíl 0.5 mm, pro 546 nm nabývá hodnoty je 0.7 mm a pro 475 nm je 1 mm. Aby bylo dosaženo této opravy otvorové vady, byla retušována čtvrtá plocha. Znamenalo to odebrat více materiálu v krajních zónách této plochy. Při výpočtech bylo nutné ke sférickému řezu čtvrté plochy přidat koeficienty rozvoje plochy čtvrté a šesté mocniny. Objektiv není navržen jako aplanatický, s opravenou komou. Spotdiagramy mimoosových obrazů ukazují charakteristický, vějířovitý, komatický tvar. Oproti spotům paraboloidického zrcadla je jejich orientace opačná, vějířek se rozšiřuje směrem k optické ose. Metodika výpočtu osmipalcového objektivu není známa. Pokud je objektiv navržen jako Fraunhoferův aplanát, pak poloměr křivosti vnitřní konvexní plochy spojky je většinou kratší než poloměr křivosti konkávní plochy rozptylky. U Clarkova objektivu je tomu naopak. Kdyby si rozptylka zachovala své původní poloměry křivostí z Clarkova řešení a její zadní strana nebyla asférizována, bylo by možné se spojkou o poloměrech křivostí R1 = mm a R2 = mm a tloušťce d1 = 17.5 získat dublet, blízký aplanatickému. Jeho ohnisková vzdálenost by měla hodnotu f = mm. 22

23 Optická skla, ze kterých je objektiv vyroben, patří podle Abbeho čísel a relativních disperzí ke klasickým sklům. Spojka je vyrobena ze skla s indexem lomu ne = a Abbeho číslem νe = 58.34, rozptylka má index lomu ne=1, a Abbeho číslo νe = Čočky v sobě obsahují řadu drobných bublinek a prachu. Obě čočky byly kontrolovány v polariskopu, bylo zjištěno velice slabé pnutí uvnitř 17.5 mm tlusté spojky. V rozptylce o tloušťce 9 mm podstatné pnutí pozorováno nebylo. Po finálním smontování byl objektiv jako celek znovu prohlédnut v polariskopu, aby se předešlo přílišnému utažení čoček a jejich deformaci v ocelové objímce z počátku 20. století. Optické plochy dubletu, díky jejich proleštění leštící rouge, mají po stopadesáti letech na sobě jen drobné vlasové rýhy a skvrnu, naleptanou dešťovou vodou, která se dostala mezi jeho vnitřní plochy. Zbytky rouge z leštění jsou patrné na obvodových plochách obou čoček. Hrubé škráby na plochách nejsou. 4. Závěr V roce 2010 jsme publikovali výsledky simulace optických vad Clarkova osmipalcového objektivu na základě měření, provedeného během jeho několikahodinového pobytu v Turnově. Tehdy byla chromatická křivka určena čtyřmi hodnotami sečných vzdáleností, měřených u nás a dvěma dalšími, nalezenými v 70 let staré práci Dr. Šternberka. [3], [5] Druhou příležitost na proměření Clarkova dubletu jsme dostali na konci roku 2013, kdy objektiv setrval na pracovišti ÚFP AVČR v.v.i. Toptec v Turnově několik týdnů. Během této doby jsme několikrát opakovali měření, abychom získali co nejpřesnější výsledky. Chromatická křivka objektivu i spojky byla sestavena z 18 hodnot. Naměřené sečné vzdálenosti se od vypočtených liší většinou maximálně do dvou desetin milimetru. Pouze ve fialové části spektra se vyskytuje několik chyb v určení sečných vzdáleností okolo 0.4 mm díky nižší citlivosti oka. Oproti původním výsledkům z roku 2010 jsou největší rozdíly v hodnotách indexů lomů skel, lišících se na 3. místě. Tehdy byly měřeny poloměry křivostí ploch pomocí mechanického sférometru, zatímco nyní byly tyto parametry určeny s pomocí sférointerferometru Fisba s vyšší přesností. Příčné aberace objektivu, posuzované podle spotdiagramů, vycházejí velmi podobně. V novém měření a zpracování jsme asférickým rozvojem 4. plochy lépe vyjádřili profily křivek sférické aberace pro jednotlivé vlnové délky světla. Současná práce poskytuje mnohem věrohodnější a přesnější simulaci zbytkových vad Clarkova objektivu. Bude-li zajištěna stálá péče o Clarkův osmipalcový objektiv jako tomu bylo dosud, může ještě dlouhou dobu poskytovat cenné informace o dějích ve sluneční fotosféře. 5. Poděkování Tento článek vznikl v rámci projektu č. CZ.1.05/2.1.00/ Regionální centrum speciální optiky a optoelektronických systémů TOPTEC, který je realizován za podpory Evropského fondu pro regionální rozvoj v programu OP VaVpI a Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy České republiky. 6. Literatura [1] The History of the Telescope, Henry C.King, Dover Publications, Inc, Mineola, New York, 2005 [2] Alvan Clark & Sons, Artists in Optics, Deborah Jean Warner, Smithsonian Institution Press, Washington, 1995, ISBN-13: [3] Jednoapůlstoletý osmipalcový objektiv Alvana Clarka hvězdárny Astronomického ústavu Akademie věd České republiky v Ondřejově u Prahy. Autor Cyril Polášek, Historická astrooptická studie věnovaná 145. výročí vzniku objektivu v Bostonu, USA, i Clarkova objevu podvojnosti 99 Her a reverenda W.R.Dawese v Hopefieldu u Haddenhamu v Anglii a 100. výročí smrti jeho prvního českého majitele prof. Dr.Vojtěcha Šafaříka, Vydal v roce 2002 Astronomický ústav Akademie věd české republiky 25165, Ondřejov, ISBN [4] Optical Designs of Some Famous Refractors, John Church, Sky and Telescope, March,

24 [5] Zbytkové optické vady Clarkova osmipalcového objektivu z Ondřejova, Zdeněk Rail, Daniel Jareš, Vít Lédl. Člověk ve svém pozemském a kosmickém prostředí. Bulletin referátů z konference. Úpice : Hvězdárna v Úpici, S ISBN [6] A Visit to Alvan Clark, JR., By Rev. John F. Sullivan,D.D., 7. Autoři Zdeněk Rail, prom.fyz., Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i., Regionální centrum speciální optiky a optoelektronických systémů TOPTEC, Sobotecká 1660, Turnov, tel.: , rail@ipp.cas.cz Bohdan Šrajer, Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i., Regionální centrum speciální optiky a optoelektronických systémů TOPTEC, Sobotecká 1660, Turnov, tel.: , e- mail: srajer@ipp.cas.cz Ing.Daniel Jareš, daniel.jares@yahoo.com Ing. David Vápenka, Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i., Regionální centrum speciální optiky a optoelektronických systémů TOPTEC, Sobotecká 1660, Turnov, tel.: , vapenka@ipp.cas.cz RNDr. Pavel Pintr PhD, Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i., Regionální centrum speciální optiky a optoelektronických systémů TOPTEC, Sobotecká 1660, Turnov, tel.: , pintr@ipp.cas.cz 8. Obrázky a tabulky Tabulka 1. Parametry objektivu Povrch Typ Poloměr křivosti [ mm] Tloušťka [mm] Sklo Průměr [mm] Koeficienty rozvoje řezu plochy do řady k*r^4+l*r^6 Pozn. OBJ standard inf inf Air standard CROWN standard Air standard FLINT STO standard Air Koef. r^4 : e-011 Koef. r^6: -7.60e-016 IMA standard inf

25 Tabulka 2. Indexy lomů korunového a flintového skla Vlnová délka [ mikron] Korunové sklo spojka Flintové sklo rozptylka Vlnová délka [mikron] Korunové sklo spojka Flintové sklo rozptylka Obrázek 1. Osmipalcový Clarkův objektiv v přepravním boxu 25

26 Obrázek 2. Čočky objektivu, vyjmuté z objímky Obrázek 3. Ronchigram objektivu v bílém světle 26

27 Obrázek 4. Ronchigram objektivu v zeleném světle (λ= nm) 9 Obrázek 5. Ronchigram objektivu v sečné vzdáleností paprsků o vlnové délce λ = 587 nm 27

28 Obrázek 6. Fotografie vlákna žárovky s modrozeleným halem, charakteristickým pro B-F korekci Obrázek 7. Spotdiagramy Clarkova objektivu v oboru 486.1nm až 687 nm 28

29 Obrázek 8. Modulační přenosová křivka objektivu pro obor nm až 687 nm 11 Obrázek 9.Sférochromatická vada dubletu pro vlnové délky 486.1nm, 546.1nm, 587.6nm,687 nm 29

30 Obrázek 10. Křivka podélné chromatické vady v oboru od 422 nm do 723 nm 30

31 Virtuální zobrazení vzdálených objektů dlouhofokálními spojkami a konkávními zrcadly Zdeněk Rail, David Vápenka Ústav fyziky plazmatu AV ČR,v.v.i.- Toptec Sobotecká 1660, Turnov rail@ipp.cas.cz, vapenka@ipp.cas.cz Dlouhofokální spojky a konkávní zrcadla mohou sloužit jako optické prvky, úhlově zvětšující rozměry vzdálených objektů podobně jako dalekohledy. Tyto jejich vlastnosti mohly být pravděpodobně používány pozorovateli dávno před objevem dalekohledu. Naše práce přináší optickou analýzu a výsledky astronomických pozorování soustavou dlouhofokální positivní čočky a lidského oka. The Virtual Imaging of the Distant Objects by Longfocal Positive Lenses and Concave Mirrors The longfocal positive lenses and concave mirrors can serve as optical elements increasing the angular dimensions of the distant objects similarly to telescope. These properties could be probably used by ancient observers before the discovery of telescope. Our paper brings optical analysis and results of visual astronomical observations with the longfocal positive lens. 1.Úvod Nejstarším optickým zobrazovacím přístrojem je dírková komora - camera obscura. Už v dávné minulosti si lidé zjistili, že malý otvor, kterým do zatemněné místnosti vstupuje světlo, vytváří na stínítku reálný obraz vnějších objektů. Díky omezenému množství světelné energie, procházející otvorem, tento jednoduchý přístroj dobře zobrazuje jen silně osvícené předměty. Čím je otvor komory menší, tím je obraz kontrastnější, ale zároveň tmavší a hůře viditelný. Měřítko obrazu roste se vzdáleností stínítka od otvoru. Studium dírkové komory a experimenty s čočkami dovedly na přelomu 10. a 11. století arabského učence Ibn al-haythama (latinsky Alhazen) k položení základních principů geometrické optiky. [1], Lepší reálné obrazy vytvářejí spojné čočky a konkávní zrcadla, které soustřeďují do obrazu mnohem více světla než dírková komora. Nejstarší čočky, staré 5000 let, pocházejí z Mezopotámie. Byly také objeveny Sirem Arthurem Evansem při archeologických vykopávkách v Knossosu, Heinrichem Schliemannem v Tróji. Významné nálezy pocházejí z Egypta a Číny. Čočky byly broušeny z průhledných krystalů, jako jsou křišťál, topaz a odrůdy berylu. Používaly se jako zvětšovací skla, kultovní předměty a ozdoby nebo se vsazovaly do očí soch. Kvalita optických ploch byla různá. Některé však byly velmi dobře vyleštěny. Čočky, vyřezané z ledu a ohlazené dlaněmi, byly používány severskými národy k rozdělávání ohně. [1], [2], [3], [4] Ve starověku byla vyráběna i zrcadla. Ta byla broušena a leštěna nejprve z černého sopečného skla obsidiánu, později i kovová, z mědi, bronzu nebo i ze stříbra a zlata. Nejstarší obsidiánová zrcadla jsou až 8000 let stará. Od 1. století našeho letopočtu byla vyráběna i ze skla, které mělo zadní plochou potaženou odraznou kovovou vrstvou. Vhodnou kinematikou pohybu nástroje a zrcadla při broušení - bylo možné vytvořit konvexní nebo konkávní tvar plochy. [1], [2], [3], [4] Před mnoha lety byla vyráběna dlouhofokální konkávní zrcadla k pozorování sluneční fotosféry podle návrhu RNDr Ivana Šolce ve VOD AVČR v Turnově. Standartně se jednalo o sférická zrcadla o průměru cca 35 mm a ohniskové vzdálenosti 3430 mm. Byla vybroušena ze skla - floatu a napařena odraznou hliníkovou vrstvou s ochrannými vrstvami. Zrcadla byla ukládána do dřevěné objimky o tvaru půlkoule, která je kryla a zároveň umožňovala jejich nastavení. Při ohniskové vzdálenosti 3430 mm vytvářela reálný obraz sluneční fotosféry o průměru 30 mm. Bylo možné s nimi rozlišit sluneční skvrny o průměru cca 0.1 mm, což odpovídá rozlišovací schopnosti 6". Byly prováděny pokusy se zrcadly o ohniskové vzdálenosti 6860 mm a mm, poskytující průměr obrazu Slunce 60mm a 120 mm a vyšší rozlišovací schopnost. S nimi je možné pozorovat jen ráno nebo večer velmi krátce po východu nebo před západem, kdy Slunce není vysoko nad obzorem. Jak camera obscura, tak spojné čočky a konkávní zrcadla ve výše uvedené konfiguraci vytvářejí reálný obraz objektů, zachytitelný na světlém stínítku. [5] Hlavní funkcí dalekohledu je vytvářet zvětšený virtuální obraz vzdálených objektů a soustřeďovat do něho světelnou energii. Vždy se skládá minimálně ze dvou členů, objektivu a okuláru. Lze jej sestavit jak z čoček, tak ze zrcadel nebo z jejich kombinace. 31

32 V odborné literatuře bylo vynalezení dalekohledu mnohokrát rozebíráno. První oficiální zmínka o přístroji, který zobrazuje vzdálené předměty tak, jako by byly na dosah ruky, se objevila na podzim roku 1608 v Holandsku. Brýlař Johann Lippershey z Middleburgu prý pozoroval děti, jak si hrají s čočkami a skládají je za sebe. Když se o to pokusil sám, zjistil, že vhodné čočky v určité vzdálenosti od sebe, zvětšují úhlové rozměry pozorovaných objektů. Dne Lippershey podal patentovou přihlášku na dalekohled. Během její vyřizování, podal patentovou přihlášku na stejný přístroj další optik, Jacob Metius z Alkmaaru. Oběma bylo zdvořile poděkováno, Metius obdržel menší finanční obnos na jeho další zdokonalení, ale autorství vynálezu dalekohledu nebylo přiznáno nikomu z nich. Navíc se objevilo svědectví od německého astronoma Simona Maria o tom, že mu jakýsi holandský obchodník nabízel již dřív na trzích v Kolíně nad Rýnem stejný přístroj. Dodnes se spekuluje o tom, že to mohl být soused Johanna Lippersheye, Zacharias Janssen, který vynalezl mikroskop. [6] Dalekohled byl prezentován před princem Mauricem Nassauským, vládcem Spojených provincií nizozemských. Během předvádění byla přítomna řada zahraničních diplomatů, kteří o něm podali zprávy do svých zemí. Galileo Galilei získal o dalekohledu první informaci od svého žáka a přítele Badovera, žijícího v Paříži, na konci jara Dohady o vynálezu dalekohledu vedly tehdejší učence k otázce, kdo byl vlastně jeho autorem a zda jeho princip nebyl znám před podáním patentů v Holandsku. Velice záhy byl objeven reálný návod na jeho sestrojení v knize Přírodní magie, poprvé vydané v roce 1558 od filozofa Giambattisty della Porty. Autor v něm napsal, že vhodnou kombinací čoček lze sestrojit přístroj, který bude přibližovat vzdálené objekty. Později se řada učenců zmiňovala o tom, že dalekohled byl znám a používán mnohem dříve, avšak jen velice úzkou skupinou zasvěcených. [6], [15], [16] Na základě della Portova návodu si několik lidí přístroje vyrobilo ještě před koncem 16. století. Postupně byla studována i díla mnohem starších autorů, včetně římských básníků, v jejichž verších vytušili existenci starověkých optických přístrojů. Ty měly být užívány k včasnému varování obyvatel před příchodem cizích dobyvatelských armád do jejich měst. V básních Vergilia badatelé našli zmínky o zrcadlových přístrojích v Římě a ve španělském městě La Coruna. [6] Della Porta píše i o magickém zrcadle na ostrově Pharos u Alexandrie. Tam byl postaven maják, který byl zařazen mezi sedm divů starověkého světa. V jeho vrchní části byl umístěn zrcadlový přístroj, umožňující zpozorovat připlouvající lodě mnohem dříve, než mohly být spatřeny pouhým okem. Zrcadlo nebo možná optická soustava dalekohledu sloužila prý ve dne k pozorování připlouvajících lodí, v noci fungovala jako kondenzor světla z ohně, který byl viditelný na velkou vzdálenost. Podle svědků bylo kovové a mělo průměr 7 kubitů, což odpovídá přibližně třem metrům. Byla u něho trvalá hlídka. Zrcadlo zničil v první polovině 12. století řecký kapitán poté, co opil stráž. Svědectví o přístroji na Pharosu a jeho osudu podalo několik arabských učenců a také rabín Benjamín z Tudely, který v polovině dvanáctého století podnikl cestu ze Španělska až do Indie. Zpátky cestoval přes Mezopotámii, Palestinu, Egypt a severní pobřeží Afriky. Ve svých zápiscích se též zmiňoval i o majáku na Pharosu a jeho zrcadlu, tehdy však už bylo zničeno. Zápisky z jeho cesty byly přeloženy do latiny a v Evropě publikovány ve druhé polovině 16. století. [7], [8], [9], [10] Jedním z nejvýznamnějších středověkých učenců byl františkán Roger Bacon, zakladatel moderního pojetí výzkumné práce, který žil ve 13. století. Tento mnich, kritik scholastiky, se zabýval přírodními vědami včetně optiky. Zkoumal vlastnosti čoček, zobrazení a lomu světla. Ve své práci, Dopisy o tajných pracech umění a přírody, popisuje funkci čoček takto: Vhodné čočky mohou předměty, držené v ruce, značně oddálit a naopak, velmi vzdálené předměty přiblížit, jako by byly na dosah ruky. Dále se zmiňuje o optickém přístroji, použitém Juliem Caesarem k pozorování vojsk při dobývání Galie a ke sledování anglického břehu Lamanšského průlivu. Roger Bacon za své radikální názory vězněn a jeho práce mohly být uveřejněny až v polovině 15. století. [11], [12], [13] Na konci Baconova života se v Evropě začaly čočky používat ke korekci zraku. [1], [14] Naše práce vychází ze závěrů Rogera Bacona o virtuálním zobrazení vzdálených objektů pomocí jednoduché čočky. 2. Virtuální zobrazení pomocí dlouhofokální čočky nebo zrcadla Přiložíme-li si k oku dlouhofokální čočku o ohniskové vzdálenosti několika metrů, uvidíme ostrý obraz vzdálených předmětů. Pro zdravé oko nebude malá optická mohutnost čočky (0,1-0,2 Dioptrie) podstatně zhoršovat zrak. Akomodační svaly jsou schopny upravit tvar oční čočky tak, aby na sítnici oka vznikl ostrý obraz. Vzdalujeme-li čočku od oka, úhlové rozměry pozorovaných objektů se začnou zvětšovat a obraz bude stále ostrý. Pokud se dostaneme s okem do poloviny vzdálenosti čočky od její ohniskové plochy, pozorovaný objekt bude dvakrát úhlově zvětšen. Čím blíže se s okem přibližujeme k ohniskové ploše čočky, tím větší úhlové zvětšení obrazu získáváme. Pokud se s okem přiblížíme příliš blízko k ohniskové ploše čočky, akomodační svaly již nebudou schopny vytvarovat oční čočku a obraz se stane neostrým. Zdravé oko dokáže ostře vidět obraz při 32

33 minimální vzdálenost mm od ohniskové plochy. S čočkou o ohniskové vzdálenosti mm (+1D) získáme cca 2,5-3 násobní zvětšení. Úhlové zvětšení je dáno poměrem vzdálenosti oka od ohniskové plochy k celkové ohniskové vzdálenosti čočky. Celé toto uspořádání odpovídá zobrazení lupy, kdy předmětová vzdálenost pozorovaného objektu leží v nekonečnu. V případě, že se oko nachází mezi vrcholem čočky a jejím ohniskem, oční čočka částečně nahrazuje i okulárovou rozptylku Galileova dalekohledu. Druhá varianta je založena na poloze oka za ohniskovou plochou objektivu a oko plní funkci okuláru Keplerova dalekohledu. V tomto případě je obraz obrácený. Někteří astronomové, kteří pracovali s velkými dalekohledy, byli překvapeni, jaké detaily na Měsíci a planetách uviděli, když se náhodně podívali do přístroje s ohniskovou vzdálenosti několika metrů bez okuláru. Naším hlavním úkolem bylo zjistit podmínky viditelnosti některých základních objektů na obloze. Využili jsme k tomu sadu plankonvexních čoček o ohniskových vzdálenostech od 1000 mm do cca mm. 3. Výsledky pozorování Čočka s ohniskovou vzdáleností 1000 mm a trojnásobným zvětšením značně zlepšuje viditelnost pozorovaných plošných objektů, např. Plejád, Hyád, Jesliček M44, galaxie M31 v Andromedě nebo mlhovinu v Orionu. Na Měsíci se stářím 3-4 dny jsou na hranici viditelnosti v blízkosti terminátoru nerovnosti jeho kraje. Největší krátery Copernicus, Tycho, Plato jsou viditelné s čočkou o ohniskové vzdálenosti delší než 2000 mm při šestinásobném zvětšení. Zcela zjevné jsou pak v přístroji o ohniskové vzdálenosti 4500mm. S čočkou o této ohniskové vzdálenosti bylo dosaženo násobného zvětšení. Planeta Jupiter se v něm již jeví jako malá kulička, ale bez jakýchkoli detailů. Mnohem lepší výsledky pozorování planet lze získat se singletem o ohniskové vzdálenosti mm, kdy se rozliší Jupiter jako rotační elipsoid a u planety Saturn jsou vidět prstence. U planety Venuše, nacházející se poblíž největší východní elongace, je vidět její fáze. Úhlové zvětšení v tomto případě dosahuje hodnoty krát. Čočky byly upevněny do prizmatu z optické lavice nebo přilepeny oboustrannou lepenkou k dřevěnému hrníčku a k fotografickému stativu. Pozorování oblohy s dlouhofokálním singletem nebo zrcadlem bez adekvátního stativu je velice nepohodlné a namáhavé. Je vhodné při něm využívat terénu. Použití druhého optického členu okuláru a vytvoření dalekohledu, zvětší prohlížené zorné pole a usnadní pozorování. Při částečném zatmění Slunce 20. března 2015 byla použita ke zviditelnění zatmění netradiční dírková komora. Místo malého otvoru bylo použito rovinné zrcadlo ze staré promítačky firmy Meopta Přerov o rozměrech cca 100*140 mm. Vzhledem k jeho velikosti byla zvětšena vzdálenost zrcadla od stínítka na 75 m, 100 m a 240 m. Obraz Slunce byl promítán na zeď domu, radnice či věže náchodského zámku. Nejlepší výsledky s těmito rozměry zrcadla byly dosaženy při vzdálenosti stínítka cca 70 m. Při větších vzdálenostech byl obraz větší, ale tmavší. Tento článek vznikl v rámci projektu č. CZ.1.05/2.1.00/ Regionální centrum speciální optiky a optoelektronických systémů TOPTEC, který je realizován za podpory Evropského fondu pro regionální rozvoj v programu OP VaVpI a Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy České republiky 4. Autoři Zdeněk Rail, prom.fyz., Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i., Regionální centrum speciální optiky a optoelektronických systémů TOPTEC, Sobotecká 1660, Turnov, tel.: , rail@ipp.cas.cz Ing. David Vápenka, Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i., Regionální centrum speciální optiky a optoelektronických systémů TOPTEC, Sobotecká 1660, Turnov, tel.: , vapenka@ipp.cas.cz 5 33

34 5. Literatura: [1] The History of the Telescope, Henry C.King, Dover Publications, Inc, Mineola, New York, 2005 [2] [3] [4] [5] Pondělní přednášky a školení RNDr Šolce, VOD AV ČR Turnov [6] Galileo s Glassworks, The Telescope and the Mirror, Harvard University Press, Cambridge, Massachusetts, London, England, [7] [8] The Itinerary of Benjamin of Tudela,Digitiyed from Marcus Nathan Adler s The Itinerary of Benjamin of Tudela:Critical Text and Commentary, New York: Phillip Feldheim, Inc., [9] Lighthouse of Alexandria, [10] The Pharos of Alexandria, the first Lighthouse of the World,Michael Lahanas [11] Encyklopedie fyziky, [12] Roger Bacon, [13] Mysterius Britain and Ireland, Roger Bacon, [14] The Invention of Spectacles, online_exhibitions/spectacles/invention.cfm [15] Ancient Technology, [16] Did the Ancients Invent the Telescope, Larry Brian Radka, Obrázek 1. Fotografie obrazu Slunce při zatmění , realizované rovinným zrcadlem 100*100 mm. Vzdálenost obrazu je 75 m. 34

35 Obrázek 2. Fotografie obrazu Slunce při zatmění , realizované rovinným zrcadlem 100*100 mm. Vzdálenost obrazu je 100 m. Obrázek 3. Fotografie obrazu Slunce při zatmění , realizované rovinným zrcadlem 100*100 mm. Vzdálenost obrazu je 240m. 35

36 Obrázky 4 a 5. Dvě verze Šolcova zrcátka, vyrobená ve VOD AV ČR, dnes ÚFP AV ČR v.v.i.- Toptec v Turnově. 8 Obrázky 6 a 7. Uchycení čoček o ohniskových vzdálenostech 5000 a mm na fotografický stativ pomocí oboustranné lepenky. 36

37 Obrázky 8 a 9. Porovnání úhlového zvětšení plankonvexní čočky o průměru 180 mm a ohniskové vzdálenosti f = 2080 mm na objektu, vzdáleném cca 40 m. Zvětšení cca 5 krát 37

38 Obrázky 10 až 17. Posloupnost obrázků dobrošovské chaty s rozhlednou se vzrůstajícím zvětšením. U předposledního obrázku bylo dosaženo přibližně násobného zvětšení. Na posledním obrázku je vidět paraboloidická anténa o přibližných rozměrech 20, což odpovídá přibližně délce dlouhé poloosy prstence Saturnu. 38

39 Střed Čech, Moravy, Slezska, Slovenska a vybraných velkých měst Jaroslav Střeštík Geofyzikální ústav Akademie věd České republiky, v.v.i., Praha, Česká republika Abstrakt: Střed jakékoli územní jednotky, např. Čech, České republiky apod., je nepochybně jistá atrakce pro obec, na jejímž území se nachází. V tomto příspěvku je popsán postup, jak lze určit střed vybraného území jakožto těžiště. Tímto způsobem byla zpřesněna dříve stanovena poloha středu České republiky, Čech a země Moravskoslezské, a dále určena poloha středu samotné Moravy a Slezska, Slovenska a území města Prahy, Brna a Ostravy. Všechny tyto polohy jsou porovnány s údaji uvedenými jinde, pokud tyto existují. The center of Bohemia, Moravia, Silesia, Slovakia and selected big towns Abstract: The centre of any territorial unit, as e.g. Bohemia, Czech Republic, etc., is undoubtedly an attraction for the town or village where this point is located. In this contribution, the method how to determine the centre of a selected territory as the centre of gravity is described. Using this method the positions of centres of the Czech Republic, Bohemia and Moravia-Silesia calculated earlier have been refined, and further the positions of centres of Moravia and Silesia alone, Slovakia and of the territory of Prague, Brno and Ostrava have been determined. All these positions have been compared with data from other sources, if they exist. Úvod. Střed jakékoli územní jednotky, např. Čech, České republiky apod., je nepochybně jistá atrakce pro obec, na jejímž území se nachází. Bývá vyznačen v terénu pomníkem s příslušným nápisem. Takové místo jistě přispívá to ke zviditelnění obce a snad i ke zvýšení cestovního ruchu. Informace o nich lze najít na internetu. Většinou však tam chybí údaj, jakým způsobem byla poloha příslušného středu určena, a není ani odkaz na nějaký zdroj. Středy některých území však nejsou v terénu vyznačeny vůbec, ani není obecně známa jejich existence. Středy některých územních celků jsme popsali dříve (Střeštík, 2012), zde některé upřesníme a přidáme další územní celky. Metody. Pro určení středu jakékoli oblasti je důležitá volba metody, jakou se tento střed určuje. Nejjednodušší se zdá spojit nejsevernější bod s nejjižnějším a nejzápadnější s nejvýchodnějším a průsečík těchto spojnic považovat za hledaný střed. To je však zcela nevyhovující, např. v případě České republiky by vyšel střed ČR jižně od Prahy (protože nejsevernější i nejjižnější bod leží v Čechách), a jen pouhý pohled na mapu napoví, že skutečný střed musí být zcela jinde. Lépe je najít poledník, resp. rovnoběžku, půlící výše uvedené spojnice (nazveme je střední poledník a střední rovnoběžka) a jejich průsečík označit za střed. To je jistě skutečnosti blíže, ale v případě, že zkoumané území obsahuje dlouhý úzký výběžek, jako je např. území Rakouska směrem na západ ke spolkové zemi Vorarlberg, to opět nevyhovuje. Tento způsob také nejde použít, je-li území nesouvislé, např. obsahuje-li ostrovy. Fyzikálně nejsprávnější je určit těžiště dané oblasti. Matematicky se to dá provést různým způsobem, pravděpodobně nejjednodušší je pokrýt celé území s okolím pravidelnou čtvercovou sítí bodů a do dalšího zpracování zahrnout jen ty body, které leží uvnitř území. Pak se snadno určí průměr vodorovných a svislých souřadnic. Přesnost určení středu je samozřejmě dána hustotou použité sítě. Zde jsme použili a porovnali oba způsoby, pro určení těžiště jsme použili jemnější síť než dříve (Střeštík, 2012) Česká republika. Po vzniku České republiky se stalo aktuálním nalézt střed tohoto nově vzniklého státu. Střed ČR považovaný za oficiální se nachází u obce Číhošť nedaleko Ledče nad Sázavou. Přesněji 400 m na severovýchod od kostela (Fofonka, 2005 u tohoto jediného středu je na internetu uveden autor a zdroj) a je označen pomníkem (obr. 1). Obec Číhošť je známa též tzv. číhošťským zázrakem z padesátých let a následnou represí ze strany stalinského režimu, jejíž obětí se stal farář Toufar. Jiný pomník označující střed ČR lze spatřit v nedalekém Golčově Jeníkově, asi 15 km na severovýchod. Území České republiky jsme pokryli celkem body ve 240 řádcích a 455 sloupcích, přičemž vzdálenost mezi body byla 1,15 km. Střed České republiky jako těžiště vyšel 500 m jihovýchodně od obce Číhošť, v trojúhelníku mezi obcemi Číhošť a Kynice a kopcem Borovina. Průsečík střední rovnoběžky a středního poledníku je u obce Vrtěšice, 2 km východně od Golčova Jeníkova. Toto je velmi dobrá shoda se zmíněnými údaji na internetu. Navíc se zdá, že oba výše uváděné středy ČR a oba pomníky mají své opodstatnění, jen není u žádného specifikována metoda, jakou byly určeny. Území České republiky neobsahuje dlouhé úzké výběžky a proto střed určený ze středního poledníku a rovnoběžky není příliš vzdálen od středu spočteného jako těžiště (obr. 2). 39

40 Čechy. Pražané se možná setkali s domněnkou, že střed Čech či dokonce střed Evropy se nachází na kopci Ládví na severním okraji Prahy, kde je veřejnosti nepřístupná věž, která má tento střed označovat. To je však omyl, věž slouží pro geodetické účely a se středem Čech či jiného celku nemá nic společného. Za skutečný střed Čech bývá považována obec Petrov, asi 6 km západně od Jílového u Prahy. Samotný střed se má nacházet severně od obce na menším zalesněném kopci Ďábel. Na přístupové cestě na okraji lesa je nenápadná cedule upozorňující na střed Čech. Bližší informace na ní nejsou (obr. 3). Tvrdí se však, že odtud je stejně daleko na hranice s Moravou, Polskem, Německem a Rakouskem, a to 105 km, což je zřejmě nešťastná formulace, protože matematicky to není dost dobře možné, to by muselo území Čech tvořit pravidelný obrazec. Snad je tím myšlen nejmenší rozdíl mezi vzdálenostmi k těmto hranicím, pokud jsou měřeny právě odtud. Střed je jistě někde v blízkém okolí, nemusí však nutně být přesně na vrcholu kopce (to platí i o ostatních lokalitách, kde by měl být střed vybraného území). Ostatně vrchol je nepřístupný, je na něm objekt vodárny. Území Čech jsme pokryli body ve 240 řádcích a 315 sloupcích, se stejnou hustotou jako síť pro Českou republiku. Těžiště tohoto území vyšlo 500 m východně od obce Petrov, tedy velmi blízko bodu uvedeného výše. Průsečík středního poledníku a střední rovnoběžky je na druhé straně Sázavy poblíž osady Pexův Luh, asi 2 km jihovýchodně od hráze Slapské přehrady (obr. 2), tedy také ne příliš daleko od těžiště. Obr. 1. Střed České republiky u Číhoště. Obr. 2. Síť bodů pro určení těžiště České republiky. Body (slévají se dohromady) v Čechách jsou označeny modře, na Moravě hnědě, ve Slezsku zeleně, spočtené středy jakožto těžiště červeně, spočtené středy jako průsečík střední rovnoběžky a středního poledníku fialově (pro oboje od leva: Čechy, Česká republika, Morava, země Moravskoslezská a Slezsko), údaje na osách jsou čísla řádků a sloupců. 40

41 Země Moravskoslezská. Velmi často se zaměňují pojmy Morava a země Moravskoslezská. Za střed moravské země se obecně považuje plochý kopec Předina u obce Dobrochov mezi Vyškovem a Prostějovem. Na tomto kopci stojí rozhlasový vysílač Brno, postavený ve dvacátých letech minulého století, a vrchol kopce je tedy nepřístupný (ale tam střed nemusí být, viz výše). Je však možné mít podezření, že právě existence tohoto stožáru může být mylně vykládána jako označení středu Moravy. Na druhé straně se lze domnívat, že budovatelé vysílače si vybrali právě místo blízko středu Moravy, aby byla zajištěna dobrá slyšitelnost na celém území. Nedaleko vrcholu (na sever) stojí rozhledna Štátula a nedaleko ní je tabule upozorňující na střed Moravy, který se má nacházet právě zde (obr. 4). Z internetových ani jiných údajů však není zřejmé, má-li jít o střed historického území Moravy jako takové nebo země Moravskoslezské. Na zmíněné tabuli je nakreslen znak Moravy a uvádí se zde pojem Morava. Vzhledem k tomu, že Slezsko je mnohem menší než Morava, dá se očekávat, že střed Moravy a střed země Moravskoslezské nebudou od sebe příliš vzdáleny. Na střed Moravy si ovšem činí nárok i některé obce v okolí, např. Klenovice na Hané (asi 8 km na severovýchod od Přediny). Zde se budeme zabývat zemí Moravskoslezskou a budeme vycházet z územního členění v době první republiky. Území země Moravskoslezské jsme pokryli body ve 180 řádcích a 250 sloupcích se stejnou hustotou jako síť pro Českou republiku. Střed této země vyšel na křižovatce v obci Výšovice, 6 km na jih od Prostějova a 4 km na severovýchod od rozhledny Štátula, což je shoda o něco menší než pro Čechy či Českou republiku. Jak však uvidíme dále, je tento střed k Předině mnohem blíž než střed samotné Moravy, a proto by měla být Předina označena za střed země Moravskoslezské. Těžiště pro Českou republiku, zemi Českou a zemi Moravskoslezskou musí ležet v přímce, přičemž vzdálenosti od středu ČR musí být nepřímo úměrné ploše území, resp. počtu bodů, jimiž je pokryto, a to je v tomto případě splněno. Průsečík středního poledníku a střední rovnoběžky je na návsi v Kostelci na Hané, 6 km na severozápad od Prostějova (obr. 2). Obr. 3. Tabule u kopce Ďábel u Petrova označující střed Čech. Obr. 4. Tabule u kopce Předina označující střed Moravy, správněji střed země Moravskoslezské. Morava. Dnes už málokdo rozlišuje, co je Morava a co je Slezsko. V minulosti však Morava vystupovala vždy jako samostatná územní jednotka. Hranice mezi Moravou a Slezskem byla v minulých staletích proměnlivá, dokonce existovaly malé enklávy na slezském území, které patřily Moravě. Po vzniku ČSR bylo k Moravě připojeno město Valtice s okolím, což do té doby byla součást Dolního Rakouska. Změna byla učiněna zřejmě proto, aby železniční trať z Břeclavi do Znojma vedla celá po českém území. V dalším budeme vycházet z územního členění v době první republiky. Uvedené drobné úpravy jsou příliš malé na to, aby nějak významně ovlivnily polohu středu moravské země. O středu Moravy samotné, nikoliv o zemi Moravskoslezské, se zmiňuje Ottův slovník naučný, který zřejmě vychází ze starších pramenů a uvádí střed Moravy na jižních svazích Drahanské vysočiny poblíž Vyškova. Uvádí i souřadnice, ty však nesouhlasí, protože udávají polohu místa přímo ve městě Vyškově (na náměstí Obránců míru) a ne na svazích vysočiny v okolí. Území Moravy jsme pokryli body ve 160 řádcích a 230 sloupcích. Těžiště tohoto území vyšlo 1 km severně od obce Lhota, 6 km severozápadně od Vyškova. Tedy docela blízko místa, které zmiňuje Ottův slovník naučný, ne však podle souřadnic. Od kopce Předina je toto místo vzdáleno asi 15 km vzdušnou čarou, takže Předina je opravdu poblíž středu země Moravskoslezské a ne Moravy, a proto by zde na tabuli měl být znak země Moravskoslezské (půlený moravská a slezská orlice). Průsečík středního poledníku a střední rovnoběžky je 2 km východně od obce Otinoves, 2 km na jihozápad od obce Drahany, ve vojenském území (obr. 2). 41

42 Slezsko. Historie Slezska je složitější. Původní Slezsko je velká země na sever od Moravy, která spolu s Čechami a Moravou patřila k říši Rakouské. V r na základě Vratislavského míru po třech slezských válkách mezi Pruskem a Rakouskem připadla převážná část Slezska Prusku, poté přešla k Německu a dnes patří Polsku. Jen malá část zůstala rakouská, ta pak připadla Československu a dnes České republice. Tehdy se rozlišovalo Slezsko dvojí: Opavské a Těšínské, které jsou spojeny jen úzkým koridorem u města Bohumín. Po vzniku ČSR a sporech s Polskem bylo těšínské Slezsko rozděleno na dvě části, z nichž východní připadla Polsku. Současně bylo k českému Slezsku připojeno město Hlučín s okolím, které do té doby patřilo Německu. Snad proto, že nejde o tradiční historickou zemi nebo pro neobvyklý tvar území se nikdo nepokusil hledat střed české části Slezska. Území Slezska jsme pokryli 3578 body v 90 řádcích a 140 sloupcích. Těžiště tohoto území vyšlo na západním okraji Opavy na kruhové křižovatce ve směru do Krnova. Průsečík středního poledníku a střední rovnoběžky je na další kruhové křižovatce na jižním okraji Opavy ve směru na Hradec nad Moravicí (obr. 2). Slovensko. Slovensko v dnešní podobě vzniklo teprve se vznikem samostatné ČSR v r. 1918, kdy bylo toto území odděleno od království Uherského a současně byla vyčleněna Podkarpatská Rus jako samostatná země v rámci ČSR. V dalších letech se hranice Slovenska neměnily, pouze dočasně v době války byly jižní oblasti připojeny k Maďarsku. Na internetu lze najít jedinou informaci o středu Slovenska. Ten se má nacházet na kopci Hrb (1255 m), což je skalní bradlo na severním okraji masivu Vepor, asi 10 km jižně od obce Predajná, mezi Banskou Bystricou a Breznem. Autoři informace však upozorňují, že toto nemusí být přesně střed Slovenska, ten může ležet někde o kus dál, ale z moci úřední byl přenesen právě na Hrb. V okolí jsou na mnoho kilometrů samé lesy, špatně dostupné, naproti tomu na Hrbu je turistická chata, je zde hezký výhled a návštěva stojí za to, i kdyby tam střed Slovenska nebyl. V terénu však není nijak zvlášť označen (obr. 5). Území Slovenska jsme pokryli 8235 body ve 420 řádcích a 845 sloupcích s rozestupem 0,55 km. Těžiště tohoto území vyšlo ve Slovenském Rudohoří, 2 km jižně od lokality Tri Vody, od níž je to asi 3 km dolinou do osady Osrblie a dále kolem 7 km dolinou do Podbrezové. Vzdušnou čarou to je asi 3 km na východ od hory Vepor a asi 7 km na jihovýchod od chaty na Hrbu, tedy opravdu umístění středu do dostupnějšího nepříliš vzdáleného místa neubírá nic na přesnosti. Průsečík středního poledníku a střední rovnoběžky leží východněji (což se dá vzhledem ke tvaru území očekávat), asi 3 km na východ od osady Sihla-Drábsko, 8 km jižně od Čierného Balogu (obr. 6). Obr. 5. Vrchol kopce Hrb, kde má být střed Slovenska. Československo. V dřívějších dobách, dávno před rozdělením státu, byl vyměřen střed tehdejšího Československa. Vyšel v oblasti Drahanské vysočiny na severovýchodním svahu kopce Lipová, asi 4 km severně od obce Rychtářov. Na místě byl vybudován pomník (obr. 7). Leží však ve vojenském území a je tedy veřejnosti nepřístupný. Určení středu bývalého Československa snadno ověříme. Když máme určeno těžiště České republiky a Slovenska, je velmi snadné najít těžiště celého území bývalého Československa. Jak bylo popsáno výše, musí ležet na přímce spojující oba středy, přičemž vzdálenosti ke středům ČR a SR musí být nepřímo úměrné počtu bodů, které tyto území pokrývají (za předpokladu, že jsou rozmístěny se stejnou hustotou), nebo velikosti obou území. Takto vyšel střed bývalého Československa u bývalého zámečku Ferdinandsko, 4 km na západ od obce Podivice. Ta leží 15 km na jihozápad od Prostějova jakožto enkláva ve vojenském újezdu. Ferdinandsko leží už ve vojenském území, pouhé 3 km na severovýchod od výše zmíněného pomníku a je stejně jako on veřejnosti nepřístupné. Průsečík středního poledníku a střední rovnoběžky se nachází přes 25 km na východ až severovýchod, v lese jižně od rybníka Troubecké jezero, 2 km jihozápadně od Troubek 42

43 a 4 km jihovýchodně od Tovačova, asi 1 km od soutoku Moravy a Bečvy. U protáhlých útvarů, jako je bývalé československé území, jsou tak velké rozdíly mezi středy určenými oběma popsanými metodami běžné. Obr. 6. Síť bodů pro určení těžiště Slovenské republiky. Body jsou označeny modře, spočtený střed jakožto těžiště červeně, spočtený střed jako průsečík střední rovnoběžky a středního poledníku fialově, údaje na osách jsou čísla řádků a sloupců. Obr. 7. Pomník označující střed Československé republiky (nepřístupný) Praha. Kdo se domnívá, že střed Prahy leží někde v historickém centru města, ten se velice mýlí. Staroměstské náměstí je pouze středem městské části Staré Město a nic víc. Už za Josefa II v r byla v jeden celek sloučena do té doby samostatná pražská města: Staré Město, Nové Město, Menší Město (dnešní Malá Strana) a Hradčany. Po vzniku ČSR byla připojena řada samostatných obcí a měst v těsné blízkosti a vytvořena Velká Praha. Tento stav se dlouho neměnil, teprve v r byla připojena Ruzyně (zřejmě aby letiště bylo pod správou Prahy), pak ve dvou etapách (1968 a 1974) řada dalších měst a obcí v okolí. Tentokrát však především na východě a na jihu, přesněji v půlkruhu od severu přes východ a jih až k západu. To proto, že 43

44 na severozápadě v okolí letiště se nepředpokládá žádná další výstavba. Z toho důvodu lze střed Prahy očekávat jihovýchodně od dnešního centra. Je zvláštní, že nikde na internetu není žádná zmínka o tom, že by se někdo snažil takový střed Prahy najít. V popředí zájmu je vždy jen historický střed města. Při určení středu území Prahy jako těžiště jsme postupovali stejně jako v ostatních případech. Území bylo pokryto celkem 9457 body s rozestupem 45 m, celkem 555 řádků a 740 sloupců. Těžiště pak vyšlo v městské části Vršovice. To by jistě potěšilo herce Jiřího Lábuse (ale možná ne), který ve Vršovicích bydlí a je znám jako vršovický patriot. Střed však leží na samém okraji Vršovic, v ulici Moskevské u vchodu do hřbitova, přibližně 4,3 km vzdušnou čarou od Staroměstského náměstí nebo 3,3 km od Národního muzea. Průsečík středního poledníku a střední rovnoběžky leží jen o kousek dál, ve vilové čtvrti na Bohdalci, u lesa na konci ulice Na Sychrově. Obr. 8. Síť bodů pro určení těžiště území Prahy. Body jsou označeny modře, spočtený střed jakožto těžiště červeně, trojúhelníky označují Hradčany (vlevo nahoře), Staroměstské náměstí (vpravo nahoře) a Vyšehrad (dole), světle modře je naznačena Vltava, údaje na osách jsou čísla řádků a sloupců. Obr. 9. Síť bodů pro určení těžiště území Brna. Body jsou označeny modře, spočtený střed jakožto těžiště červeně, trojúhelník označuje náměstí Svobody, světle modře je naznačena Svratka a Svitava, údaje na osách jsou čísla řádků a sloupců. Brno. V Brně byl vývoj města podobný jako v Praze. Také zde samozřejmě nelze očekávat střed města v jeho historickém centru, které je ohraničeno ulicemi se silným tramvajovým provozem hlavní nádraží, Husova, Moravské náměstí a Koliště. V r byly připojeny další obce v okolí, např. Staré Brno, Zábrdovice, Dornych-Trnitá aj. Po vzniku ČSR bylo vytvořeno Velké Brno připojením Králova Pole, Husovic a dalších obcí, později po válce postupně Bystrc a pak další obce v okolí. Území dnešního města zahrnuje celou brněnskou 44

45 přehradu s mnoha okolními lesy a lesnatou krajinu s několika vzdálenými obcemi (dnes městskými částmi) na sever od centra, kde se teď hodně staví. Naproti tomu velké obce (města) jako Modřice na jihu a Šlapanice na východě jsou dodnes samostatné. Z toho důvodu lze očekávat střed města někde na severozápad od centra. Na rozdíl od Prahy se místní nadšenci pokusili určit střed svého města. Měl by se nacházet ve čtvrti Veveří v ulici Šelepova před restaurací. Na místě jej označuje pařez právě před touto restaurací. Toto však nemusí být bráno zcela vážně. Celý popis je veden v duchu studentské recese a trochu připomíná Cimrmana. Nicméně poloha tohoto středu souhlasí s úvahou, kde by měl skutečně být. Postupem stejným jako v Praze jsme určili těžiště území města Brna. Území bylo pokryto 2687 body s rozestupem 55 m, celkem 340 řádků a 260 sloupců. Těžiště pak vyšlo ve čtvrti Veveří u křižovatky ulic Žižkova a Resslova, asi 2,2 km od náměstí Svobody. Přes ulici Žižkovu na obě strany jsou budovy stavební fakulty Vysokého učení technického. Ulice Šelepova je přibližně jen 300 m na severovýchod odtud, takže umístění středu města před tuto restauraci nemusí být jen obyčejná recese. Průsečík středního poledníku a střední rovnoběžky leží poněkud dále odtud, u koupaliště Riviéra za výstavištěm, poblíž zastávky autobusu. Ostrava. Historie Ostravy je poněkud odlišná. Ostrava v dnešní podobě vznikla teprve v roce 1941 sloučením do té doby samostatné Moravské Ostravy (na západě) a Slezské Ostravy (na východě) spolu s dalšími městy v okolí. K té moravské byly už dříve (po vzniku ČSR) připojeny mj. průmyslové Vítkovice, Zábřeh a Mariánské hory a vytvořena Velká Ostrava (ovšem pouze Moravská). V r byla připojena Slezská Ostrava s dalšími obcemi v okolí na moravské i na slezské straně. Po druhé světové válce vznikla dále na západ nová čtvrť Poruba a připojeno bylo několik dalších obcí. Administrativní centrum je v Moravské Ostravě, známé je Prokešovo náměstí s Novou radnicí, bývá vidět často v televizi. Samotný střed ovšem musí ležet dále na jihozápad. Pravděpodobně z důvodu tohoto vývoje se zatím nikdo nepokusil najít geometrický střed města (nebo možná pokusil, ale byl zklamán a proto výsledek nikde nepublikoval). Postupem stejným jako u ostatních měst jsme určili těžiště území Ostravy. Pokryli jsme je 2468 body s rozestupem 55 m, celkem 340 řádků a 335 sloupců. Těžiště pak vyšlo ve čtvrti Mariánské hory jižně od nádraží, v lesíku mezi železniční tratí a dálniční trasou v ulici Mariánskohorské, asi 3 km na jihozápad od radnice. V blízkém okolí je pouze průmyslová zástavba. Průsečík středního poledníku a střední rovnoběžky leží ve čtvrti Zábřeh poblíž sportovního areálu inline, u zastávky tramvaje Flora v ulici Plzeňské. Jihovýchodním směrem odtud je domov pro seniory a budova lékařské fakulty. Obr. 10. Síť bodů pro určení těžiště území Ostravy. Body jsou označeny modře, spočtený střed jakožto těžiště červeně, trojúhelník označuje náměstí s radnicí, světle modře je naznačena Odra a Ostravice, údaje na osách jsou čísla řádků a sloupců. Poznámka na závěr. Středy všech těchto tří měst mají jedno společné: lze je jistým způsobem považovat za dočasné. To proto, že v budoucnosti jistě budou k městům připojeny další obce, čímž se poloha středu pochopitelně posune. V současné době se k tomu žádná obec nechystá, občané i radní považují za výhodnější být samostatnou obcí a případné nabízené připojení odmítají. To se však může kdykoliv změnit. A ještě jedno mají tato města společné: perspektiva dalšího růstu je u všech těchto měst směrem na východ. V Praze brání dalšímu rozšiřování k západu letiště, v Brně a Ostravě je v tomto směru převážně les, kde se nepředpokládá další výstavba. V Praze by se připojením dalších obcí posunul střed města dále od centra směrem dovnitř hřbitova, případně za hřbitov k nouzové kolonii na Bohdalci, snad až ke zrušené škole, kde se natáčel film Obecná škola. V Brně po případném připojení především Modřic a Šlapanic by se střed posunul směrem k Moravskému náměstí či snad až přímo do centra, v Ostravě směrem k nemocnici na Fifejdách, případně až do 45

46 Moravské Ostravy do blízkosti radnice nebo Sýkorova mostu. Právě v okolí Ostravy je kandidátů na připojení asi nejvíc krajina na východ od města je téměř souvisle zastavěná a někde není ani poznat, co je ještě Ostrava a co je sousední obec. Zcela na závěr ještě shrňme, že jsme určili dvěma metodami středy celkem deseti územních celků. Rozdíly v určení polohy oběma metodami byly celkem malé. U šesti území bylo možno porovnat nalezenou polohu s polohou uváděnou v jiných pramenech. I zde byly rozdíly malé. Ve všech těchto případech bylo k poloze uváděné v literatuře podstatně blíže těžiště než průsečík středního poledníku se střední rovnoběžkou. Můžeme proto právem předpokládat, že také zde uvedené polohy středů jakožto těžiště, u nichž nejsou k dispozici informace z nezávislých zdrojů pro porovnání, odpovídají skutečnému středu území. Literatura Fofonka L. (2005): Střed České republiky. Zeměměřič, č. 5. Střeštík J. (2012): Střed Čech, Moravy, České republiky a Evropy. Bulletin (XXXIII. seminář) Člověk ve svém pozemském a kosmickém prostředí, Úpice, elektronická publikace,

47 Fyzikálně astronomické úvahy II. ing. Pavel Oupický, Centrum pro optoelektroniku, Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i. Úvod V loňském roce jsem se pokusil o pár úvah o fyzikálně astronomických problémech (dále FAU I.), v nichž jsem neměl jasno a nebo naopak jsem si myslel, že v nich jasno mám.. v ničem jsem si ale moc jistý nebyl a zvláště u některých problémů mi bylo jasné, že některé moje úvahy mohou být jak se říká vedle.. a to byla jedna z motivací, která mne dovedla k tomuto pokračování.. v něčem zde budu pokračovat, něco korigovat a snad se mezi tím objeví i něco nového a zajímavého. Tentokrát se hodlám zabývat následujícími problematickými oblastmi fyziky a astronomie : Pole, gravitace, rudý a modrý posuv, pohyb a rychlost světla a některé drobnosti jen okrajově... Pole obecně je fyzikální kategorie matematicky dnes již dá se říct perfektně definovaná.. základními pojmy každého pole jsou siločáry, potenciály, gradienty, vlny a vlnoplochy a samozřejmě vztahy mezi základními veličinami.. např. síla, kterou se dva objekty v silovém poli přitahují. Pole elektromagnetické Pole, které máme nejlépe pod matematickou kontrolou, je podle názvu elektromagnetické.. přesněji je vytvářeno interakcemi mezi jádry atomů a jejich obaly.. tyto obaly jsou schopné se transformovat podle energie, která se s nimi spojuje, od fotonů až po elektrony.. za velkých energií jsou elektrony schopné pohánět i obrovské mechanické stroje, za nižších energií se z atomů šíří zářivá energie, která má mnoho vlastností nám známého klasického vlnění. Díky mnoha generacím fyziků a techniků jsme schopni toto záření analyzovat a využívat pro naše vlastní účely.. a nejen to, i bez přístrojů jsme schopni fotonové záření registrovat jako světlo a nebo teplo. Lze však připomenout, že sice máme vše popsáno rovnicemi matematicky zformulovanými, které pravda toto pole výborně popisují, nicméně všechny detaily o všech interakcích a elementech, které se dění v tomto našem matematickém poli účastní, detailně neznáme a nebo neznáme detailně jejich vztahy.. to se pokouší vysvětlit kvantová elektrodynamika, která by ráda vbrzku nahradila klasickou Maxwellovu elektrodynamiku. Pole gravitační S gravitačním polem je to o poznání horší než s polem elektromagnetickým.. nikdo z nás sice nepochybuje o tom, že když skočí z výšky, tak hodně tvrdě dopadne.. co ho ale přitáhne k Zemi neví... můžeme taky hodit na zem talíř a zjistíme, že se rozbije.. ale to je vše.. Dvě hmotná tělesa se bezpochyby přitahují, i když mezi nimi nejsme schopni pozorovat nějakou spojitost. Přesto fyzikové hovoří o existenci gravitačního pole a předpokládají existenci gravitačních vln... Gravitační síla V předchozích úvahách FAU I. jsem psal o teoretickém vzájemném gravitačním působení dvou izolovaných atomů vodíku a o tom, že gravitační síla, kterou se tyto atomy budou přitahovat, bude bezpochyby dána něčím, co je vlastní atomům samým.. předpokládám, že se jedná o nějakou residuální okrajovou sílu, která drží jádra atomů pohromadě.. Gravitační síla by tedy mohla být rychle klesající gluonová síla s exponenciální průběhem a s velkým stupněm mocniny.. pak velmi rychle klesá v souladu s experimenty a je nenulová i na velké vzdálenosti. Stěžejní otázkou fyziky zůstává způsob, kterým by se gravitační přitažlivost dala vysvětlit a popsat. K tomu se předpokládá existence gravitačního pole. Pokud existuje v našem slova smyslu pak zřejmě bude spojeno s vlastnostmi atomových jader. Jaderní fyzici nad tímto problémem jistě usilovně bádají.. a dnes již existuje několik zajímavých vesměs kvantových a matematicky vysoce sofistikovaných teorií, které se pokoušejí gravitaci matematicky popsat.. čeká se na hypotézu, kterou by se některé z těchto teorií podařilo ověřit. O gravitační síle, která nás někam táhne, není pochyb.. tuto sílu umíme měřit třeba siloměrem.. tato síla se také bude měnit podle vzdálenosti těles mezi sebou a s jejich hmotností.. i to dokážeme změřit.. tato síla se také může měnit s časem.. to se třeba projevuje na přílivu a odlivu vlivem pohybu Měsíce po jeho oběžné dráze.. a tak jsme i za úplňku o něco lehčí.. gravitace se také může nepatrně měnit vlivem např. rotace dvojhvězd.. případně kdyby naše Slunce bylo dvojhvězdou, změny v gravitaci by byly rovněž měřitelné. Když zvedáme závaží a nebo kýbl s vodou, cítíme sílu, kterou jsou přitahovány k podlaze.. tato síla zdá se nám až nepochopitelná.. když si ale domyslíme, v jakém se pohybujeme měřítku a že je pod námi obrovská Zeměkoule, vše je již o něco málo pochopitelnější.. Gravitační pole Podle analogie s polem elektromagnetickým se předpokládá, že i gravitační pole bude něčím podobným. Bohužel k tomu zatím není žádná evidence a tak je možné, že je tento předpoklad analogie mylný.. 47

48 s nějakou výměnnou gravitonů se zde počítat dá, ale momentálně nemáme žádnou představu, jak by tato výměna mohla probíhat.. V elektromagnetickém poli tu máme interakci jader atomů a jejich elekron-fotonových obalů.. jádra atomů přitahují fotony a elektrony, jak je to například zjevné u elektrostatického pole. V gravitačním poli jde pravděpodobně o vzájemnou interakci jader atomů respektive částic, z kterých jsou tato jádra složená. Můžeme si představit, že uvnitř atomů jsou vazby mezi těmito částicemi vyváženy v čemsi čemu bychom mohli říkat krystalová mřížka.. na povrchu jader však toto vyvážení chybí a atom si ho hledá a přijímá ze svého okolí.. prvky tohoto pole, gravitony, které by byly obdobou fotonů a nebo elektronů, však zatím nebyly (pokud je mi známo) popsány ani objeveny.. Gravitační vlny Jedním z projevů gravitačního pole by měly být opět podle analogie s polem elektromagnetickým gravitační vlny.jsou zde projekty, které se snaží gravitační vlny objevit a změřit.. jsou však velmi problematické a s velkou pravděpodobností mají potenciál objevit a změřit toliko statické změny gravitačního pole, jaké pozorujeme např. při přílivu a odlivu způsobovaném gravitačním působením Měsíce. Totéž se dá očekávat i v projektech, zaměřených na rotující dvojhvězdy, jakým je např. projekt Lygo [6]. Rudý a modrý posuv Rudý a modrý posuv doplerovský - neodpovídá skutečnosti, potřebuje prostředí pro vlny (éter).. Rudý a modrý posuv atomární (kinetický) Atomy svým pohybem přidávají nebo ubírají energii emitovaným fotonům. Atom má hybnost p=m a v a kinetickou energii E= m a v 2 /2. Ta se na fotonech při jejich emisi projeví změnou jejich frekvence a tím i vlnové délky. Energie fotonu je podle Planckova zákona E = hν [ J, Hz ]. Tento atomární kinetický posuv je velmi dobře prozkoumán v disociovaných plynech ( ve výbojích a výbojkách ). Rychlost pohybu atomů v plynech se mění v závislosti na jejich teplotě a hustotě. Ve spektrech se to projevuje rudým i modrým posuvem ve spektrech podle toho jak se atomy v plynu pohybují k detektoru nebo od něj. Výsledkem je rozšíření spektrální čáry odpovídající tepelným a tlakovým podmínkách v disociovaném plynu při výboji a pod.. Rudý posuv energetický Obr. 1 - princip modrého a rudého posuvu Rychlost světla předpokládá se konstantní.. budiž, pokud je ale rychlost konstantní, pak je tu otázka, zda záření je něco jako perpetuum mobile a nebo zda ke svém šíření musí vydávat energii.. a jak známo ztráta energie u záření se projevuje poklesem frekvence.. to je tedy teorie světla postupně ztrácejícího energii během jejího přenosu kamsi.. každé elektromagnetické záření nese energii a tento přenos bude sotva bezeztrátový.. a to ani v případě, že by se záření šířilo superčistým vakuem.. oproti tomu zde může být předpoklad, že foton je něco jako kulka vystřelená z pušky.. má počáteční hybnost (a tudíž by musel mít i hmotnost) a pokud by nebyl brzděn, mohl by se pohybovat až do nekonečna.. je však jasné, že pokud by měl hmotnost, budou na něj působit gravitační pole a postupně jej přitáhnou k nějaké zchladlé hmotě.. dalším problémem pro teorii počáteční 48

49 hybnosti fotonu je průchod opticky hustějším prostředím.. v něm rychlost šíření evidentně klesá.. a hmotnost fotonu při zachování hybnosti by musela vzrůstat.. i to by snad bylo možné vysvětlit transformací fotonů v hustším prostředí spíše do podoby elektronů.. Pokud tedy ani foton není perpetuum mobile a během své cesty spotřebovává část své počáteční energie, jsou zde pro něj ještě dvě možnosti : buď dotuje svůj pohyb z energie, kterou dostal při své emisi a nebo by si eventuálně nějakou energii na cestu mohl nést s sebou jako turista v batohu. V obou případech za předpokladu, že se rychlost fotonů při cestě daným prostředím nemění, dojde cestou k poklesu jeho frekvence (únavový syndrom). Ani v jádrech atomů se elektrony a fotony nepohybují beze ztrát, ty musí být kompenzovány energii získávanou z jádra.. Můžeme si představit atom jako hodinový strojek, kde pohyb setrvačníku je udržován jeho pravidelným dobuzováním.. i to je provázeno ztrátou energie (potažmo teploty) jádra atomu. Rudý posuv gravitační Gravitace deformuje obaly atomů a emitovaným fotonům tím odebírá energii. Při vzrůstu gravitace nad určitou hodnotu může být emise fotonů zcela eliminována. Gravitační rudý posuv je dalším známým efektem, který ovlivňuje emisi fotonů.. jednoduše vysvětleno silnější gravitační pole ztěžuje atomům emisi fotonů podobně jako atom, který se pohybuje opačným směrem než emitovaný foton.. u běžných vesmírných těles rozměrů našeho Slunce je však tento vliv malý a výrazně se projevuje teprve u mnohem masivnějších objektů a černých koulí. Rudý posuv útlumem v prostředí Fotony při interakci s jinými fotony a s atomy převážně ztrácejí svoji energii. To se projeví poklesem jejich frekvence. Rudý a modrý posuv kosmologický ve spektru zachycovaného záření se teoreticky vysvětluje čtyřmi způsoby.. klasickým dopplerovým efektem v Newtonově idealizovaném prostoru, dopplerovským relativizovaným efektem v Minkovského prostoru, vlivem gravitace ve Schwarzschildově metrice a ztrátou energie v důsledku jeho průchodu vesmírným prostředím (unaveným světlem). Klasický Dopplerův posuv předpokládá prostředí, kterým se vlastní vlnění šíří. Proto byla dlouhá léta vědci předpokládaná existence éteru a jeho hledání vedlo až k Lorenztově transformaci a Einsteinově teorii relativity. Existence éteru však nebyla prokázána. Přesto jevy, které jsou v emisních spektrech pozorovány, s Dopplerovým efektem dobře korespondují. To podporuje úvahu, že ten hledaný aether se nachází v atomu samém.. elektronový obal má zřejmě charakter plynu a pohyb jádra na něj působí stejně jako pohyb hmotného tělesa ve vzduchu a nebo ve vodě. Teorii unaveného světla podporuje jednak jeho rozptyl v mezihvězdném prostředí, a jednak fakt, že s velkou pravděpodobností ani foton není perpetuum mobile a na svůj pohyb musí použít část své energie, kterou tak či tak získal při své emisi. Jistý vliv na ztráty energie u fotonů má i vliv gravitačních polí.. ta přidávají nebo ubírají fotonům jejich hybnost a potažmo energii a mění jejich dráhu.. Přesto základním principem pro vysvětlení kosmologického rudého posuvu ve spektru šířícího se záření je pravděpodobně klasický Dopplerův posuv.. Pokud se zdroj světla pohybuje od pozorovatele, ubírá resp. přidává elektromagnetickému záření energii a protože rychlost šíření tohoto záření je na pohybu zdroje (jak bylo pokusy potvrzeno) nezávislá, projeví se to poklesem resp. nárůstem frekvence emitovaného fotonového záření. Jak to konkrétně probíhá opět nevíme ale náš mechanicko-matematický model nám to opět dobře potvrzuje.. je rovněž jisté, že v momentě, kdy foton opustí atom je téměř nezávislým elementem, který snadno uniká běžné gravitaci a šíří se jak bychom řekli rovnou za nosem.. Je ovšem schopen např. interferovat s jinými fotony, nese tepelnou či světelnou energii a je schopen ji předat svému cíli, který je zachytí. Pro modrý a rudý posuv emisních čar ve spektru mohou nastat různé situace dané vzájemným pohybem zdroje záření a jeho detektoru. V nejjednodušším případě máme pohybující se zdroj a pevný detektor na jedné přímce, v komplikovanějším případě se zdroj a detektor mohou pohybovat sice stále jen po jedné přímce ale oběma směry no a v obecném případě mohou být jejich pohyby směrově zcela nezávislé. Pro základní úvahy a výpočty se uvažuje s pohyby zdroje a detektoru na jedné přímce. Pro výpočty se volí obvykle tato orientaci rychlostí : pokud se zdroj bude pohybovat k detektoru, bere se jeho rychlost Vs (source) jako kladná a pokud se detektor bude pohybovat od zdroje, bere se jeho rychlost Vd (detector) rovněž jako kladná, a naopak. Frekvence emitovaného záření z pohybujícího se zdroje je (pravděpodobně) dána vzorcem : f s = ( (c + vs) / c ). f e (1) 49

50 kde fe je vlastní frekvence emitovaného fotonu, fs je frekvence fotonu modifikovaná rychlostí jádra emitujícího atomu. Frekvence detekovaného záření pohybujícím se detektorem je dána vzorcem : f d = ( (c - vd) / c ). f s (2) kde fd je frekvence fotonů zachycených pohybujícím se detektorem. Frekvenci detekovaného záření z pohybujícího se zdroje detekovaná pohybujícím se detektorem dostaneme sloučením rovnic (1) a (2) : f d = ( (c - vd) / c ). ( (c + vs) / c ). f e (3) po drobné úpravě : f d = ( (c - vd) (c + vs) / c 2 ). f e (4) pro rudý posuv dostaneme vzorec z = ( fe - fd ) / fd = ( fe / fd ) - 1 (5) nebo též 1 + z = fe / fd (6) Pokud by se emitující vyzařující zdroj pohyboval po přímce, která by neprocházela detektorem, můžeme ještě napsat další obecnější vzorec : fs ( φ ) = ( ( c + (vs. cos φ ) ) / c ). fe (7) kde φ je úhel v rovině mezi přímkou, po které se zdroj pohybuje a směrem, kterým atomy vyzařují k detektoru. Z tohoto vztahu plyne, že pro směr, ve kterém je cos φ = 0 by záření mělo vycházet s nezměněnou frekvencí. Proto dva souběžně a stejně rychle se pohybující objekty, z nichž jeden je zdroj a druhý detektor, by v záření neměly registrovat žádné změny. To odpovídá i výsledkům měření rychlosti světla za takto daných podmínek. Zdroje i detektory se v pozemských podmínkách pohybují po stejných trajektoriích a ve spektrech záření se proto neobjevují žádné měřitelné posuvy.. Pro nejjednodušší případy jsem možné efekty zapsal do následující tabulky, kde Vs je rychlost zdroje a Vd je rychlost detektoru, fs je emitovaná a fd detekovaná frekvence emitovaného záření. Tab. 1 - vliv pohybu atomu na frekvenci emitovaného fotonu Rychlost světla 50

51 Je známo, že rychlost světla je závislá na prostředí, kterým se světlo šíří.. například ve vodě se šíří až 10x pomaleji než ve vakuu. To je zřejmě dáno hustotou prostředí, matematicky pak permitivitou - jakousi optickou konstantou odporu proti šíření světla. Zabývejme se nejprve pouze vakuem, kde je rychlost světla a potažmo každého záření největší. Speciální teorie relativity předpokládá, že rychlost světla je současně i limitou pro pohyb atomů a potažmo veškeré hmoty.. přesto se mi nezdá, že by této rychlosti nebylo možné teoreticky dosáhnout (prakticky to bude horší).. uvedu příklad - základní vzorce pro rychlost a zrychlení jsou jednoduché : v = a. t ( m/s, m/s2, s ) (8) t = c / a ( s, m/s, m/s2 ) (9) Auto zrychlí na rychlost 36 km/hod za 10 s... zcela běžně km / hod = / 3600 = 10 m/s 2 z čehož vypočteme zrychlení = 1 m/s Rychlost světla je cca = m/s se zrychlením 1 m/s 2 se na rychlost světla dostaneme za s / 3600 = / 36 = hodin / 24 = 3472 dní / 365 = cca 10 let tj. při konstantním zrychlení 1m / s 2 bychom rychlosti světla dosáhli cca za 10 let... pokud bychom měli sílu, která by nás tímto vcelku pohodovým zrychlením dokázala těch 10 let urychlovat.. myslím, že bychom pak měli jen dojmy člověka jedoucího kosmickým letadlem za jehož okny by se míhaly planety atd... a zřejmě by nám to ani nemuselo připadat divné.. je známo a uvádí se, že naše relativní rychlost vzhledem k souhvězdí Lva je asi 370 km/s a nikdo z nás se nad tím běžně nepozastavuje... Mnohem zajímavější by byl let raketou s konstantním zrychlením rovným zemské tíži.. tj. cca 10 x větším než v předchozím případě.. rychlosti světla by tak bylo dosaženo cca za 1 rok.. tolik jednoduchá science fiction.. problémy jsou zde nasnadě 1) dostatek paliva 2) princip, který by tak vysoké rychlosti dovolil dosáhnout.. pokud bychom použili fotonový motor, pak podle zákona akce a reakce by rychlost světla jistě byla rychlostí limitní. Relativita Obr. 2 - Kaplického UFO Zde je na místě úvaha o speciální teorii relativity potažmo Lorentzově transformaci.. původně byla určena jako hypotéza pro konstantní rychlost šířená světla etérem.. později byla použita k vyjádření hypotézy, že žádné těleso nemůže překročit rychlost světla.. s tím lze i nadále souhlasit, ale o doprovodných jevech (kontrakce délek a času) se dá s úspěchem pochybovat.. Hmota a energie A ještě poznámka ke vztahu E = mc 2.. ten souvisí výhradně s transformačními jevy.. pokud máme kilo železa, tak rozhodně nemáme moc energie navíc.. kilo železa nám tak nejvýše spadne na nohu.. rozhodně v 51

52 něm není tolik energie jako v kile uranu.. o něco lepší je to s kilem zmrzlého vodíku.. pokud ho máte dost a energii na jeho roztavení, tak máte šanci z něj energii ještě dostat.. Rychlost světla a paradox dvojčat V FAU I. jsem řešil problém dvou kosmických lodí, které se po přímce pohybují proti sobě (nebo od sebe), každá rychlostí dvou třetin rychlosti světla.. pokud bychom je brali jako dva objekty pohybující se v téže souřadnicové soustavě, tak jejich vzájemná rychlost bude v obou případech větší než je rychlost světla.. je v tom nějaký problém? Obr. 3 - let dvou totožných virtuálních raket rychlostí v = 2/3 c. Předpokládejme, že jedna z těch lodí má jako poziční světla vodíkové výbojky.. bude ji možné z té druhé lodě vidět? Obr. 4 - schema letu dvou virtuálních raket s pozičními výbojkami Spočítal jsem, co by mělo být možné z druhé lodi pozorovat, podle výše uvedených vzorců a pro šest možných případů (tři z nich jsou ekvivalentní) - teoreticky podle Dopplerova principu platí : Tab. 2 - změny ve vlnové délce emitovaného záření z pozičních světel kosmické lodi. 52

53 Pokud se lodi budou pohybovat proti sobě obě stejnou rychlostí dvou třetin rychlosti světla, pak čára H α vodíku z pozičního světla jedné lodi bude detekována jako UVC záření... naopak, pokud se obě lodi budou pohybovat od sebe, záření bude detekováno jako mikrovlnné záření. Pokud by obě lodi letěly stejnou rychlostí stejným směrem, bude detekováno záření pozičního světla s nezměněnou vln. délkou. Čas a hodiny Čas je cosi, co nám stále utíká a tak se to snažíme měřit a svazovat například s prostorem. To je už mimo rozsah mých úvah. V FAU I. jsem se nechal ovlivnit obecnou teorií relativity a tak jsem se mylně domníval, že kukačky půjdou v silnějším gravitačním poli pomaleji. Tento svůj omyl se budu nyní snažit napravit. Hodiny Mechanické hodiny s kyvadlem : v silnějším gravitačním poli jdou rychleji. Kdyby si astronaut vzal na měření času kukačky, pak např. při přetížení při startu by se mu zdálo, že o něco omládl.. pokud by ovšem jeho biofyzikální pochody probíhaly nezměněným tempem. Atomové hodiny : Již zmíněnými efekty, který ovlivňuje emisi fotonů, je gravitační a kinetický rudý i modrý posuv.. jednoduše vysvětleno pro gravitační posuv : silnější gravitační pole ztěžuje atomům emisi fotonů podobně jako atom, který se pohybuje opačným směrem než emitovaný foton a tak dochází k rudému gravitačnímu posuvu, který se projeví zpomalením frekvence fotonového záření, která je měřeným produktem atomových hodin. Princip atomových hodin je stručně popsán v [7] a je následující : Současně vyvíjené a používané atomové hodiny jsou založeny na emisních spektrech hyperjemných struktur emitovaných z par cesia nebo rubidia v přesně vyrobených rezonančních celách a obvykle buzených pulsním laserem s laditelnou frekvencí pulsů. Při určité frekvenci pak v cele dochází k omezení propustnosti a budící oscilátor je laděn tak, aby se tento stav udržoval. Výsledná frekvence oscilátoru v řádu gigahertzů je pak dělena na časový údaj. Obr.5 - pravděpodobné schema atomových hodin Vzhledem k použitému principu těchto hodin je zde důvodný předpoklad, že se tyto hodiny v silnějším gravitačním poli budou zpožďovat a nebo možná pouze ztrácet na přesnosti. Atomové hodiny rovněž prošly historickým vývojem a od sálových rozměrů se dnes zmenšují na centimetrové rozměry, jako je to v případě běžně vyráběných rubidiových časových normálů a vyvíjených typu velikosti integrovaných obvodů [7]. Kosmologie Rozpínání vesmíru Podle výsledku měření rudého posuvu se většina vědců domnívá, že se vesmír rozpíná. U některých nejvzdálenějších objektů byl naměřen velký rudý posuv, odpovídající podle Dopplerova principu rychlostem světla. 53

54 Jsou zde však i další principy, které mohou tento rudý posuv způsobovat a vysvětlovat. Je to teorie unavujícího se světla jak ji podle mne nejlépe odvodil a definoval Shrytkov [2] a jak jsem o tom referoval v mých prvních FAU I... Jestliže tedy zachytíme záření ze vzdáleného vesmírného objektu a jestliže se nám podaří změřit jeho spektrum a jestliže se nám v tomto spektru podaří identifikovat nám známé spektrální čáry, musíme vždy počítat s tím, že případný posuv bude ovlivněn 1) hmotností emitujícího objektu (grav. rudý posuv), 2) dobou, kterou k nám bude záření putovat (ztráty vlastním přenosem energie), 3) hustotou prostředí, kterým záření muselo projít (ztráty útlumem při interakcích záření s prostředím, kterým prochází ) a teprve 4) se může jednat o vliv pohybu objektu, který záření emitoval. Na první dojem určitě nic jednoduchého. Velký třesk nebo malý blaf? Pokud skutečně do šlo k rozpínání z nějakého středu, pak s velkou pravděpodobností došlo k rozfouknutí hmoty do všech směrů a tato hmota by tak by vyplnila cca oblast koule nebo disku. Pokud by byl změřen rudý posuv alespoň většiny vesmírných objektů, mělo by být možné z naměřených rudých posuvů alespoň přibližně určit střed takového rozpínání.. a zjistit i přibližně polohu naší galaxie vzhledem k tomuto středu.. Pokud se vesmír skutečně rozpínal z nějakého blíže nespecifikovaného středu, měl by tento střed obsahovat v době své expanze veškerou hmotu současného vesmíru.. pak by tento střed musel být neskutečně hmotný a gravitace by jej měla držet pohromadě. Alternativou je k tomu proces, který by během třesku generoval hmotu.. jinou alternativou je možnost, že třesk nenastal v prázdném prostoru ale v předcházejícím kolabujícím vesmíru. Malý blaf Alternativou by mohl být malý blaf v obrovském oblaku vodíkového plynu, který by postupně působením gravitace zapaloval jednotlivé hvězdy a vlivem proudění a rotace vodíkové masy by se postupně tvořily hvězdokupy a galaxie.. Malý blaf a kontrakce obřího vodíkového oblaku by také mohl předcházet většímu třesku. Reliktní záření Za jeden z klíčových důkazu pro hypotézu velkého třesku se pokládá naměřené reliktní záření pravděpodobně z konce nám známého vesmíru.. prvně je tu otázka, co toto reliktní záření emituje.. celý vesmír je totiž naplněn dalo by se říci již chaoticky se pohybujícím zářením.. i světlo z našeho Slunce již kamsi putuje po dobu cca 5 miliard let.. a kde je mu konec.. ale mohu souhlasit s hypotézou, že reliktní záření je záření z prvně rozfouknutých plynů před cca 13 miliardami let.. již značně energeticky zchladlé.. Černé koule (díry, zchladlé zkolabované hvězdy) Černé díry i nadále zůstávají záhadnými objekty našeho vesmíru. V každé galaxii zřejmě patří k jejím nejstarším objektům.. svým způsobem jsou to mrtvé hvězdy.. mohou to být chladnoucí zhroucené zbytky vyhaslých masivních hvězd, jejichž hmotnost postupně narůstá díky gravitačnímu přitahování okolních objektů. Struktura těchto objektů může být od tekutého jádra z gluonového plazmatu až po nějakou neutronovou mřížku podobnou struktuře diamantu.. a sotva se to kdy dozvíme jinak než teoretickými výpočty a našimi hypotézami.. tyto objekty mohou i rotovat a jejich povrch by nemusel být v případě velkého přísunu další hmoty, zcela temný.. Bezpochyby mohou mít minimálně na povrchu nenulovou teplotu.. a podle Plankova zákona představují ideální černé těleso a měly by proto i něco vyzařovat.. jenže Planckův zákon nepočítá s vlivem gravitace.. a pokud gravitační síla bude vysloveně proti úniku jakéhokoli záření, pak žádné záření z těchto velmi hmotných objektů unikat nebude.. a stěží si lze představit nějaký kvantově-tunelový proces, který by to v nějakém masivním měřítku umožňoval. Závěr Tento článek vznikl částečně za finanční podpory Ministerstva školství, mládeže a sportu České republiky v rámci projektu NPU I LO1206 ve Vývojovém centrum pro speciální optiku a optoelektronické systémy (TOPTEC) Ústavu fyziky plazmatu AV ČR. Použitá literatura : [1] Wikipedie [2] Shtyrkov E.I. The Evolved-Vacuum Model of Redshifts as a Base of New Cosmologies. Physical Interpretations of Relativity Theory VI, p ,2000, (Late Papers of 6-PIRP, London, Sept., 98) [3] Z.Horák, F.Krupka : Fyzika, SNTL 1966 [4] Jens H. Gundlach at all : Measurement of Newton s Constant 54

55 PHYSICAL REVIEW LETTERS, VOLUME 85, NUMBER 14 [5] Assis, Nevs : History of the 2.7 K Temperature Prior to Penzias and Wilson, APEIRON Vol. 2 Nr. 3 July 1995 [6] The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) California Institute of Technology [7] Svenja Knappe at all : A microfabricated atomic clock, APPLIED PHYSICS LETTERS, VOLUME 85, NUMBER 9 [8] a další stohy na internetu dostupných publikací... 55

56 Projekt BIOFYZ Vliv přírodních fyzikálních faktorů na člověka (heliofyzikální, magnetosferické, meteorologické faktory) RNDr. Bohuslav Pokorný, RNDr. Jaroslav Střeštík, CSc., Mgr. Martin Novák, Jan Klimeš ml., Jan Klimeš st. Člověk se vyvíjel miliony let až po dnešek pod vlivem počasí, sluneční aktivity i změn magnetosféry. Je na působení těchto přírodních faktorů adaptován. Mladý zdravý člověk většinou žádné vlivy nepozoruje. Ukázalo se však, že na tyto vlivy jsou citliví lidé, kteří jsou oslabeni různými psychickými nebo somatickými problémy, osoby ve stresu, starší lidé a jinak citliví jedinci. Tradičně jsou uváděni starci, kteří dva dny před změnou počasí mají bolesti v revmatických kloubech, jsou známy studie vlivu silné sluneční erupce na významný nárůst počtu úmrtí na infarkt myokardu, nárůst počtu příjmů na JIP, nárůst distribuce léků kardiakům. Významnou skupinou osob, citlivých na změny zmíněných faktorů, jsou neurotické osoby, osoby s bolestmi zad, kloubů. Je celá škála dalších skupin osob, které negativně reagují na náhlé změny přírodních fyzikálních parametrů. V minulosti byly studie různých negativních projevů u člověka, včetně sledován subjektivních pocitů, ovlivněných změnami zmíněných fyzikálních faktorů, prováděny na menších skupinách osob, protože stav výpočetní a komunikační techniky neumožňoval výzkum většího rozsahu. O těchto studiích odezněly referáty i v Úpici. Nyní je připravován projekt výzkumu na početných skupinách osob s různými příznaky a s předpokládanou citlivostí na přírodní fyzikální faktory. K tomu je projektován SW a HW současných parametrů. Budou sledovány - retrospektivní časové řady údajů o člověku z různých databází a - průběžně získávané časové řady denních indexů subjektivních pocitů a výkonových parametrů zkoumaných osob. Výsledky takového výzkumu budou mít široké uplatnění v lékařství, v psychiatrii, na pracovištích s vysokou mírou rizika. Navíc mohou výsledky sloužit pro zlepšování celkové psychické a fyzické pohody mnoha skupin obyvatel. Na současném projektu se účastní vědci a výzkumníci z mnoha institucí. Z Hvězdárny Úpice pánové Klimešové, mladší a starší, z Geofyzikálního ústavu ČAV RNDr. Jaroslav Střeštík, CSc., z ČHMÚ Ústí nad Labem Mgr. Martin Novák. Dále byla navázána spolupráce s Národním ústavem duševního zdraví (MUDr. Filip Španiel), probíhají jednání s ÚZIS (ředitel RNDr. Ladislav Dušek, PhD), s ČSÚ (Mgr. Barbora Serbusová), s katedrou biomechaniky Strojní fakulty ČVUT a dalšími institucemi. Organizační strukturu zajišťuje Výzkumný ústav bezpečnosti práce Praha. OBRAZOVKA: schéma institucí a jmen Stav projektu v květnu 2015: - Pro centrální zpracování dat je využíván standardní SW s úpravami. - Připravuje se aplikace do smart telefonů, tabletů a PC v rámci sledování subjektivních prožitků a aktuálního stavu sledovaných osob. Je zpracovaný design aplikace a rozpracovaná část obrazovek. - Jsou stanoveny parametry, které se budou u zkoumaných osob (ZO) sledovat. Jedná se o jednorázové (vstupní) údaje osobní údaje, zdravotní anamnéza, psychologické parametry, dále pak denně sledované údaje o aktuálním psychosomatickém stavu, zejména subjektivní pocity a zdravotní obtíže a některé výkonové parametry. OBRAZOVKA: osobní parametry - Uvedení fyzici připravili soubor heliofyzikálních, magnetosférických a meteorologických parametrů, u kterých se očekává, že ovlivňují člověka, jeho pocity, psychiku a zdraví. Byly vybrány parametry, které jsou pro výzkumný projekt dosažitelné, většinou z veřejných zdrojů. Parametry, které lze předpovědět, bude možné v budoucnosti využívat pro varování nebo informování citlivých osob. OBRAZOVKA: fyzikální parametry - Matematickými metodami pro současnou fázi výzkumu budou korelační koeficient, interkorelační matice, faktorová analýza, metoda překrývání epoch, matematicko-statistické testy významnosti a další. - Budou vytvářené databáze všech typů časových řad pro centrální zpracování i databáze individuální pro ZO v osobní aplikaci. 56

57 - ZO budou v první fázi dobrovolníci jako kontrolní skupina, a dále cílové skupiny ZO s vybranými diagnózami. ZO si stáhnou do svých mobilních telefonů aplikaci, na základě které se zaregistrují do výzkumu a po vyplnění jednorázových dat budou denně zaznamenávat své subjektivní pocity a další související události dne. - Údaje od všech ZO budou shromažďovány a zpracovávány v centrálním serveru. Zároveň se budou údaje zpracovávat v aplikaci u každé ZO, která si bude moci různé výstupy sama sledovat. Výzkum statistických dat o člověku z uplynulých období retrospektivní data Budou zkoumána statistická data od vybraných skupin populace se specifickými problémy: kardiaci, lidé s bolestmi zad, kloubů, s psychickými poruchami a další. - V současné době je dohodnuta spolupráce s Národním ústavem duševního zdraví, konkrétně budou využity dlouhodobé časové řady subjektivních hlášení nestability pacientů s psychickou poruchou. Jedná se o stovky osob, sledovaných od roku K dispozici jsou dále data od všech zemřelých v ČR za 5 let, od roku 2010 včetně. - V jednání jsou data od ÚZIS s časovými řadami denních ukazatelů od osob s vybranými diagnózami. - V dalších fázích výzkumu budou zpracována data z některých specifických rozsáhlých databází. OBRAZOVKA: seznam databází a institucí Sběr a zpracování dat, transportovaných z aplikace jednotlivé zkoumané osoby (ZO): Od PO se vyžaduje vyplňování v aplikaci každý den ve večerních hodinách. Denní vyplňování by mělo i s testy trvat okolo 15 až 20 min. 1) V pilotní výzkumné fázi se budou nejdříve sbírat data od alespoň stovky ZO. Fyzikální data se budou přiřazovat až dodatečně, budou to skutečné hodnoty, které nastaly, ne předpovědi. Sběr dat bude probíhat prostřednictvím vytvořené verze APLIKACE BIOFYZ na mobilech. ZO vyplní každý den soubor údajů a v aplikaci bude zabudováno i odesílání denních dat do centrály. 2) V databázi mobilu u každé ZO budou uložena získaná data a ZO bude mít možnost podívat se na časový průběh vybraných ukazatelů. Po šesti měsících vyplňování už budou přiřazena fyzikální data za celé sledované období. Zjištění citlivosti na fyzikální vlivy bude poskytnuto i těm ZO, které ukončí vyplňování. Ve výsledcích budou interpretovány kromě vlivů fyzikálních dějů na ZO i případné zjištěné individuální biorytmy. 3) Současně budou průběžně zpracována data od všech ZO v ústřední databázi. Tam budou i průběžně korelovaná osobní data jak mezi sebou, tak s fyzikálními časovými řadami. Dále budou zpracovávány průměrné hodnoty od všech ZO a výsledky testovány na validitu. K obecné motivaci budoucích ZO: Účastník výzkumu může díky účasti ve výzkumu zjistit skryté charakteristiky své osobnosti, zjistit, jak stres ovlivňuje jeho biorytmus, jak je citlivý na působení meteorologických jevů, sluneční aktivity, na prudké změny zemské magnetosféry. Tyto výsledky budou ZO předány až po skončení projektu a po vyhodnocení za celé zkoumané období. Výsledky, které bude aplikace přinášet pro ZO, ji mohou motivovat vyplňovat dotazník dlouhodobě a sledovat prognózy a varování před nepříznivými fyzikálními faktory, na které je citlivá, a které ovlivňují její pocity, jednání a chování. Kromě toho bude ZO mít ve své databázi v aplikaci i cenné informace pro svého lékaře, které bude moci snadno stáhnout a transportovat. Problémy výzkumu Pro tyto studie jsou zajišťovány statistické podklady z různých institucí. Zpracování primárních dat do časových řad denních indexů vyžaduje finanční krytí! Pro tento výzkum je přislíben jeden grant Ministerstvem práce a sociálních věcí, ale se zahájením za dva roky. Projekt se dále uchází o dotaci v rámci programů MPO na podporu výzkumu a vývoje, kde by bylo reálné získat finance už od začátku roku Činí se další pokusy sehnat finanční zabezpečení z dalších dotačních titulů i z privátních zdrojů. (Ideální by bylo poskytnout pro každou PO chytrý mobil i s některými čidly pro snímání speciálních parametrů.) Cíl výzkumu Cílem výzkumu je objektivizace dílčích empirických poznatků vlivu heliofyzikálních, geofyzikálních a meteorologických jevů na člověka. Výsledky výzkumu pomohou odborníkům mnoha oborů pozitivně reagovat při léčbě osob, výběru osob, pomohou vysvětlovat některé jevy ve společnosti, bude možné využívat prognózy fyzikálních jevů pro pozitivní ovlivnění života jednotlivce i společnosti. 57

58 Novinky ve výzkumu kosmického počasí Michal Švanda Astronomický ústav AV ČR, v.v.i., Ondřejov Astronomický ústav Univerzity Karlovy, Praha Abstrakt Kosmické počasí je relativně mladým oborem kombinujícím v sobě úlohy typické pro jiné disciplíny: astronomii, fyziku plazmatu, meteorologii a numerické modelování. Od svých počátků v devadesátých letech 20. století se tato disciplína slibně vyvinula až do dnešní podoby, kdy lze eruptivní události sluneční aktivity sledovat od jejich počátku a s předstihem s několikahodinovou přesností předpovědět zda spojený výron hmoty do koróny ovlivní okolí Země. Spaceweather is a relatively young science branch combining various tasks from other branches such as astronomy, physics of plasmas, meteorology, and numerical modelling. It has evolved significantly from its beginning in 1990s to today's state, when it is possible to monitor an eruptive event on the Sun since its very beginning, to model the path of the connected coronal mass ejection and predict its possible impact on the Earth with the precision of a few hours. Motivace vzniku oboru Slunce je magneticky aktivní hvězdou a bezprostřední prostředí, tedy jde nám především o centrální části Sluneční soustavy, ovlivňuje nejen prostřednictvím své gravitace, ale i prostřednictvím jevů s magnetickou aktivitou souvisejících. Úroveň sluneční aktivity je ale přinejmenším nestálá. Jevy sluneční aktivity sluneční skvrny, protuberance, erupce i další se objevují značně náhodně, v indexech aktivity lze však vyhledat dlouhodobé kvaziperiodické i sekulární trendy s charakteristickými časovými škálami od přibližně měsíce (souvislost se sluneční rotací je pak zřejmá) až po tisíce let. Je však důležité si uvědomit, že Slunce je vysoce proměnné i na časových škálách desítek sekund. Je zajímavé, že zatímco amplitudy dlouhodobějších změn jsou zejména v energetickém spektru těžko postihnutelné (např. hlavní sluneční cyklus přispívá dlouhodobě ke změně celkového zářivého výkonu o zhruba jedno promile), náhlé výrony aktivity (jde zejména o sluneční erupce) jsou především ve vysokoenergetické oblasti spektra (tedy v oblasti ultrafialových a rentgenových vlnových délek) spojeny s výkyvy v desítkách až stovkách procent dlouhodobého průměru. Zejména tyto překotné události, spojené nejen s výronem energetického elektromagnetického záření, ale i svazků částic a oblaků zmagnetizovaného plazmatu podstatným způsobem ovlivňují meziplanetární prostor a projevují se i v bezprostředním okolí Země. A protože v minulosti došlo k několika dobře dokumentovaným vpádům události ve sluneční aktivitě do poklidného života člověka tvora závislého na dostupnosti moderních technologií, vznikla nová mezioborová disciplína výzkum kosmického počasí. Silnou motivací pro vznik tohoto oboru byl i fakt, že vliv sluneční aktivity se nepočítá ve fyzikálních jednotkách, ale v dolarech a eurech. Dopady aktivity na Zemi Dopady sluneční aktivity na pozemské technologie jsou dobře známy a dokumentovány na řadě případů z dlouhé minulosti. Eruptivní událost je často spojena s výronem horkého magnetizovaného slunečního materiálu do meziplanetárního prostoru. Plazmoid letící často rychlostí značně přesahující 1500 km/s neproniká přímo magnetosférickou ochranou, ale vzhledem k své prostorové nehomogenitě způsobuje poruchy prostupující celou magnetosféru. Vzniká geomagnetická bouře. Projevy geomagnetických bouří lze vysledovat na mnohých pozemských technologiích. V přední řadě jde o vznik indukovaných napětí na dlouhých vedeních elektrické energie, ale i na jiných produktovodech. Tyto geomagnetické indukované proudy (GIC) jsou důsledkem vzniku proudů ionosférických. I když nedosahují žádných závratných hodnot (měřená maxima dosahují hodnot lehce přes 100 A), např. jejich jiná frekvenční charakteristika může vést k saturaci jádra transformátoru jednou polaritou a tím k vybočení součástky z pracovního režimu. Za následující přehřátí jádra až jeho možnou destrukci jsou pak již odpovědné proudy transportní. Plošné elektrické proudy indukované v ionosférických vrstvách ovlivňují procházející elektromagnetické záření a mají tak vliv na úspěšnost a kvalitu rádiového spojení. To ovlivňuje logistiku na spojení závislých odvětví, jakým je například letecký provoz. Ani navigační signály, např. signál GPS, ale ani signály sítě radiomajáků, nejsou vlivů sluneční aktivity ušetřeny. Nosná vlna procházející nebo odrážená porušenou ionosférou scintiluje, čímž podstatně klesá deklarovaná přesnost daného navigačního systému a tím i jeho použitelnost v aplikacích, kriticky závislých na znalosti polohy. V minulosti byly zaznamenány GIC i v zabezpečovacích systémech, kdy byl přírodní signál logikou interpretován jako povel. Z finských nebo ruských železnic jsou pak známy případy, kdy byla v daném segmentu tratě oznámena přítomnost vlaku, přestože ve skutečnosti byla kolej neobsazená. Jako kritické je vnímáno i možné poškozování kosmických družic nalétajícími nabitými částicemi a to zejména proto, že v případě družic na oběžné dráze nelze přijmout žádná (ekonomicky) myslitelná ochranná opatření. Diferenciální nabíjení palubních přístrojů vede často až k obloukovému výboji se všemi negativními důsledky. V 58

59 současnosti je známo již 12 kosmických experimentů, jejichž provoz musel být ukončen po průchodu zmagnetizovaného slunečního plazmatu pocházejícího z eruptivní události, a to včetně případu japonské sondy Nozomi při cestě k Marsu. Dobře dokumentována je i degradace slunečních panelů jakožto jediného zdroje elektrické energie pro palubní přístroje. Během erupce z utrpěly sluneční panely sondy SOHO takovou degradaci, která odpovídá pěti letem normálního provozu v kosmickém prostoru. Ohřev vyšších vrstev atmosféry působením zvýšené sluneční aktivity a jejich rozpínání způsobuje zvýšené brždění o atmosféru a nutnost korekčních zásahů. Připomeňme, že v roce 1979 nekontrolovaně zanikla americká orbitální stanice Skylab, na čemž se podstatným dílem podílela i sluneční aktivita. V neposlední řadě představuje výrazný výkyv značnou radiační zátěž pro kosmonauty, ale i piloty letadel (zejména na zaoceánských letech, které se typicky pohybují ve větších výškách) a ostatní palubní personál. Ne že by cestující nebyli na daném letu postiženi zvýšenou dávkou ionizačního záření stejně, ale právě piloti a další palubní personál podstupují toto riziko opakovaně. Zde bych rád citoval autentický zážitek pilota dopravního letadla při setkání s jevem spojeným se sluneční aktivitou: S Vláďou mám ještě jeden zážitek, na který se nezapomíná. Vraceli jsme se v noci z Berlína a před Faerskými ostrovy nás obklopila polární záře. Vypadalo to, jako bychom se prodírali obrovskou sušárnou se žlutozelenými prostěradly, které okolo nás vlají ve větru. Celé to divadlo trvalo přes dvě hodiny, nemohl jsem se toho nabažit. Ráno při snídani v hotelu jsem to vyprávěl kolegům a Pavel -nonducati povídá: Ty troubo, tys byl za tu noc tak pětkrát na rentgenu. Ty budeš svítit ještě v důchodu! Juračka, J.: Paměti starého práškaře, 35. díl ( Počátky oboru Vše popsané je již dostatečnou motivací pro zevrubné sledování aktivity Slunce a snahy postižení, zmapování a snad i předpovědi těchto jevů, tolik ovlivňujících život člověka. K tomu však byla poměrně dlouhá cesta. Počátky bychom mohli řadit do roku 1724, kdy si George Graham povšiml pohybu střelky kompasu v závislosti na denní době. Usoudil, že za toto chování by mohly být odpovědné elektrické proudy v atmosféře. Jeho hypotéza byla potvrzena až B. Stewartem (1882) a A. Schusterem (1889). V roce 1852 Edward Sabine odvodil, že pravděpodobnost geomagnetických bouří koreluje se sluneční aktivitou. V roce 1859 došlo ke Carringtonovská (super)erupci, o níž bude ještě řeč. Na počátku 20. století předpověděl Kristian Birkeland existenci systému elektrických proudů ve vysoké atmosféře, jeho myšlenka byla však tolik průlomová, že byla okamžitě považována za kontroverzní a zavržena. Birkeland byl plně rehabilitován až v roce 1967, kdy jeho hypotézu v plném rozsahu potvrdila měření in-situ provedená z kosmické družice. Rok 1958 byl vyhlášen Mezinárodním geofyzikálním rokem a vzbudil velký zájem o popis a analýzu vztahů Slunce-Země. Carringtonovská událost Vůbec první spolehlivě historicky doložené pozorování erupce na Slunci z bylo doprovázeno silnou geomagnetickou bouří, která zuřila po dva dny. Očití svědkové popisují závoje polárních září ve značně nízkých geografických šířkách (např. v Karibiku nebo Indii), horníci ve Skalistých horách započali snídat v domnění, že se jedná o úsvit, ve městech bylo možné ve svitu polárních září číst noviny. Geomagnetická bouře vyvolala kolaps tehdejšího nejmodernějšího výkřiku techniky telegrafu. Telegrafní spojení bylo na velké vzdálenosti nemožné, na vzdálenosti krátké jej bylo možno uskutečnit i bez připojených baterií. Po linkách chodily nesmyslné zprávy, očití svědkové popisují jiskry sršící z telegrafních sloupů, mnozí operátoři byli přepětím popáleni. Z objektivního hlediska je Carringtonovská událost hodnocena jako nejvýraznější zaznamenaná událost ve sluneční aktivitě s krátkododobými výkyvy zemského magnetického pole v úrovni 1760 nt (běžné geomagnetické bouře dosahují kolem 100 nt). Extrapolace očekávaných přímých škod, kdyby ke Carringtonovské události došlo dnes, dosahuje hodnoty 2 bilionů dolarů jen v USA, což je dvacetinásobek nákladů na zahlazení škod po řádění hurikánu Catrina v roce Podle serveru bylo v letech v médiích (převážně v novinách) zaznamenáno 105 událostí souvisejících se sluneční aktivitiou, z čehož 60 událostí mělo vliv na technologie. Za zmínku pak stojí zejména: celosvětový výpadek telegrafu V indukovaných v telegrafní síti městská železnice v New Yorku nefunguje V v 48V telefonní síti AT&T, V v transatlantských kabelech narušená komunikace zpožďuje transatlantské lety britská ponorka Acheron mimo spojení 4 hodiny, námořnictvo v pohotovosti, zahájena pátrací akce 59

60 Québec black-out Hlavním impulsem pro vznik oboru kosmického počasí však byl velkoplošný výpadek dodávek elektrické energie (black-out) v březnu roku 1989 ve frankofonní kanadeské provincii Québec. 13. března 1989 začala rozsáhlá geomagnetická bouře jako následek série slunečních erupcích spojených s výrony hmoty do koróny. Indukované proudy vznikající na vedeních spravovaných společností Hydroquébec přesáhly tolerovaných výchylek a celá dotčená rozvodná síť kaskádově zkolabovala během několika desítek sekund, doslova pod rukami dozorujících operátorů. Kompletní black-out trval devět hodin, do některých míst sítě se však podařilo znovuzavést elektřinu až po dvou měsících. Vyjma kolapsu sítě bylo zaznamenáno několik kritických poškození klíčových prvků sítě, např. zcela zničený vstupní 500 kv transformátor jaderné elektrárny Salem v New Jersey. Celkové přímé škody na síti Hydroquébec byly odhadnuty na 6 milionů tehdejších dolarů. Neočekávaný dopad ne až tak extrémní geomagnetické bouře (např. bouře z roku 1921 byla mnohem rozsáhlejší a mnohem větší amplitudou geomagnetických poruch) byl důsledkem i shody nepříznivých okolností. Páteřní vedení sítě Hydroquébec totiž vede od severu k jihu a navíc provincie Québec leží geologicky na kamenném podloží kanadského štítu. Pro GIC tedy bylo jednodušší téci podél vhodně orientovaných vodičů páteřní sítě bez snahy o uzemnění. Kosmické počasí Ve snaze předcházet podobným událostem tedy na mezinárodní úrovni fakticky vznikla zcela nová mezioborová disciplína základního výzkumu, kosmické počasí. V současné době se jedná o velmi slibně se rozvíjejích perspektivní obor, jehož východiska můžeme považovat za aplikovanou sluneční fyziku. Cílem oboru je sledování stavu meziplanetárního prostoru v okolí Země, sledování poruch s původem na Slunci a předpovídání jejich průletové trajektorie. Současně je cílem vyhodnocování rizik pocházejících od událostí sluneční aktivity a vydávání příslušných varování. Obor má k dispozici velké množství zdrojových pozorování pocházejících z monitoringu sluneční činnosti ze sítě pozemních pozorovacích stanic, ale především ze synoptických programů běžících dlouhodobě na kosmických družicích ať již v těsném okolí Země, tak v předsunuté pozici libračního bodu L1 a v současnosti i nad odvrácenou sluneční hemisférou (družice STEREO). Dalšími zdroji důležitých údajů jsou samozřejmě měření pozemního monitoringu stavu zemské magnetosféry, což svými údaji doplňuje i flotila družic. A v neposlední řadě přicházejí ke slovu numerické metody, aplikující poznatky základního výzkumu s cílem modelova a předpovídat trasu a intenzitu poruch ve slunečním větru i meziplanetárním magnetickém poli. Na tomto poli se uplatňují již i soukromé organizace financované buď prostřednictvím grantů, ale také ze zdrojů mimo státní sféru. Zájemců o dobré a spolehlivé produkty je totiž nepřeberně: počínaje firmami spravujícím rozvodné sítě přes řízení letového provozu až po armádu. Moderní trendy Moderní trendy v oboru se dotýkají zejména předpovědních metod, tedy zdokonalování matematických modelů šíření poruch meziplanetárního magnetického pole a slunečního větru. Dnešní výpočty jsou detailnější po stránce fyzikální, dokonalejší po stránce implementační, ale i přesnější po stránce výsledkové. Vzhledem k výpočetní náročnosti celého systému se používají různé přibližné metody. V poslední době je trendem započtení tzv. asimilace dat. To je metodika dobře známá v meteorologii, kdy při dostupnosti nového měření není nutné celý vypočet zahodit a spustit znovu s jinými počátečními podmínkami. Proces asimilace dat probíhá v analytických cyklech. V každém z analytických cyklů jsou zkombinována nová pozorování s výsledky analytického modelu vycházejícího z dat dostupných dříve (jde tedy o předpověď modelu). Tento mix poznatků se označuje termínem analýza, která je považována za statisticky nejlepší odhad aktuálního stavu systému, neboť v sobě kombinuje jak aktuální set pozorování, tak jejich historii provázanou fyzikálně opodstatněným modelem. Numerickými metodami je docíleno vyvážení mezi pozorovacími chybami v datech a v předpovědi. Kuloárně jsou metody asimilace dat často označovány jako fitování minulosti. Další zpřesnění v současných předpověďních modelech mají svůj původ v rozšiřování základny pozorovacích údajů o zdánlivě nepřímo související veličiny. Např. započtení helioseismické mapy odvrácené strany Slunce zpřesňuje předpovědi profilu slunečního větru o celé desítky procent. Závěrem Obor kosmického počasí nabývá na své aktuálnosti. Zdá se, že otázka může se opakovat Carringtonovská událost? pokládaná ještě před několika desítkami let se změnila na kdy se bude opakovat Carringtonovská událost?. Je téměř jisté, že extrémní erupční události nastávají a zdá se, že k nim dochází častěji než jednou za dříve deklarovaných 400 let. Stačí si uvědomit, že díky dozoru nad Sluncem nejen 24 hodin, ale v celém úhlu ekliptikální délek začínáme mít dobrý přehled o tom, jak jsou eruptivní události rozmístěny nejen v čase (při pohledu ze Země), ale i v prostoru (při pohledu z jiných míst Sluneční soustavy). I díky tomu například velkou pozornost vyvolala erupce 23. července 2012 spojená se silným výronem hmoty, který přímo udeřil do aparatury družice STEREO-A. Díky spolehlivým instrumentálním údajům tak víme, že šlo o událost přinejmenším srovnatelnou s Carringtonovskou, spíše však ještě silnější. Z překotného rozvoje oboru však mohou těžit i amatérští astronomové a milci oblohy. Výsledek numerické předpovědi šíření poruch slunečního větru jsou k dispozici i široké veřejnosti na stránce odvozené datové produkty pak i jinde. Mezi ně patří např. předpověď viditelnosti polárních září dostupná na 60

61 Úvaha nad slunečními extrémy - 2 A consideration about solar extremes 2 Jiří Čech Abstrakt: Autor navazuje na svůj referát z r. 2014; pokusil se porovnat hodnoty extrémů některých slunečních cyklů s pohybem Slunce kolem barycentra Abstract: The author refers to his essay from 2014; he tried to compare values of the extremes of some solar cycles with the movement of the Sun around the barycenter Od Newtonových dob je známo, že planety a Slunce ve Sluneční soustavě představují izolovaný systém s konstantním momentem hybnosti v každém okamžiku. Střed systému nebo také počátek tohoto souřadného systému- je nazýván barycentrum; je to vlastně bod, v němž se součet momentů hybnosti všech těles Sluneční soustavy rovná nule. Viz obr. č.1 Moment hybnosti je vektorová fyzikální veličina, která popisuje rotační pohyb tělesa. Moment hybnosti se určuje vzhledem k bodu nebo ose Moment hybnosti L hmotného bodu vzhledem k počátku soustavy souřadnic (barycentru) je určen vektorovým součinem jeho průvodiče r (vzdálenost hmotného středu tělesa od počátku soustavy souřadnic) a hybnosti p (1) L = r p (1 + ) p = m. v, kde m je hmotnost tělesa, v jeho rychlost vztažená k počátku soustavy souřadnic. Moment hybnosti má při rotačním pohybu podobný význam jako hybnost při pohybu přímočarém (V dalším bude pro zjednodušení a srozumitelnost výpočtů uvažován pohyb rovnoměrný kruhový.) Moment hybnosti vztažený na rotaci tělesa je rotační moment hybnosti, moment hybnosti vztažen na oběh (orbit) tělesa je orbitální moment hybnosti. Ve Sluneční soustavě jsou rotační a orbitální momenty hybnosti těles známy poměrně dlouho. Jinak je to však s orbitálním momentem Slunce. Viz obr. č.2 61

62 ω d je úhlová orbitální rychlost Slunce S při jeho pohybu rychlostí v vůči barycentr B a r je vzdálenost S od B v (2) ω d = r Při pohybu Slunce S vůči barycentru B během dvou po sobě následujících roků urazí Slunce S úhel Δφ; Viz obr. č.3 obecně platí φ π 1 (3) ω = = Δφ.. t 180 t Pro následující případy bude uvažován krok jednoho roku, což představuje hodnotu t = 3, s, takže orbitální úhlová rychlost Slunce vůči barycentru (za jeden rok) bude obecně (4) ω d = 5, Δφ s -1 62

63 Do upravené rovnice (2) v = r. ω d po dosazení ω d z rovnice (3) je (5) v = 5, Δφ. r m. s -1 Hodnoty vzdálenosti Slunce r S od barycentra jsou čerpány z katalogu (.Střeštík,2007) kde r S je uváděno v jednotkách 10-3 AU, takže (6) r = r S. 1, m, Po dosazení do (5) (7) v = 0,083. Δφ. r S m. s -1 Hodnoty rychlosti pohybu Slunce vůči barycentru ukazuje na obrázcích A1-A4, B1-B4, C1-C4,D1-D3 spodní červená křivka; jednotky jsou m. s -1. Pro ilustraci ukázka výpočtu : V r byla vzdálenost Slunce od barycentra r S = 4,089 v roce 1434 to bylo r S = 3,857 ve Střeštíkově katalogu. Po dosazení do (7). v , ,58. 4,089 m.s -1 10,4 m. s -1 v , ,58. 3,857 m.s -1 9,8 m. s -1 Z rovnice (1) L = r. p platí analogicky pro Slunce L S = r. p S = r. M S. v Hmotnost Slunce M S = kg, r = r S. 1, m, v = 0,083. Δφ. r S m. s -1 L S = r S. 1, m kg. 0,083. Δφ. r S m. s -1, (8) L S = 2, Δφ. r S kg. m 2. s -1 Pro ilustraci opět ukázka výpočtu L S pro roky 1433, 1434 pro něž bylo Δφ = 30,58 0. (8a) L S , , kg. m 2. s -1 31, kg. m 2. s -1 (8b) L S , , kg. m 2. s -1 9, kg. m 2. s -1 Vypočtené hodnoty momentu hybnosti Slunce ve studovaných intervalech ukazuje horní černá křivka na obrázcích A1-A4, B1-B4, C1-C4,D1-D3. Hodnoty jsou uváděny v kg. m 2. s -1 Viz obr. 6a Charvátová, 1989 upozornila, že pohyb Slunce vůči barycentru se opakuje s periodou přibližně 180 let a že tento pohyb lze rozdělit na uspořádaný a chaotický. Autor nazval tento cyklus pohybu Slunce vůči barycentru Sluneční Pohybový Cyklus, označil SPC a rozdělil, podle Střeštíka, 2007,do čtyř různě velkých časových intervalů.. Prvních 50 let tvoří období klidu; následuje 30-ti leté přechodové období 63

64 ke 40 let dlouhému období chaosu. Zbývajících 60 roků SPC je opět přechodovým obdobím. Autor zpracoval 15 SPC od r (každý pro čtyři časové intervaly). Označil je pořadovými čísly od č. -3 (-610 až -431) až po SPC č. 11 (1911 až 2090). Každý Sluneční Pohybový Cyklus i každý jeho časový úsek začíná 1.1. a končí příslušných roků. Viz TAB 1. TAB 1 č. 50 r. 30 r. 40 r. 60 r. 180 r. SPC klid přechod chaos přechod až až až až až až až až až až 2090 Zde byly zpracovány SPC 8-11 Příslušné grafy na obrázcích A1-A4, B1-B4, C1-C4,D1-D3 časově rozděleny podle Viz TAB 2. TAB 2 A až 1420 ; A až 1450; A až 1490; A až 1550; B až 1600; B až 1630; B až 1670; B až 1730; C až 1780; C až 1810 ; C až 1850; C až 1910; D až 1960 ; D až 1990; D až 2030; Ve všech zpracovaných intervalech vykazují příslušné křivky jak pro moment hybnosti tak pro rychlost Slunce (vůči barycentru) zřetelný přibližně 180- letý cyklus. Jsou to vlastně první fyzikální veličiny charakterizující pohyb Slunce vůči barycentru, které prokazatelně vykazují 180- letý cyklus Diskuse: Lze přistupovat ke Slunci, jehož struktura má od dokonale tuhého tělesa hodně daleko, výše uvedeným způsobem? Literatura uvádí pouze moment hybnosti Slunce vztažený na jeho rotaci kolem své osy. Je to vztah (9) L S = J S. ω S kde (10) ω S = 2, s -1 je úhlová rychlost rotace Slunce míst na slunečním rovníku, a J S je moment setrvačnosti Slunce. Bývají uváděny dvě možné hodnoty (11a) J S = 5, kg.m 2 nebo (11b) J S = 3, kg.m 2 64

65 Slunce je fyzikální těleso blízké tvaru koule o (12) M S = kg, a R S = 6, m. Pro velikost moment setrvačnosti koule o hmotnosti M a poloměru R platí 2 (13) J =. M. R 2 5 Po dosazení hodnot (12) je moment setrvačnosti Slunce J S = 3, kg.m 2 což velmi dobře souhlasí s hodnotou (11b). Moment hybnosti Slunce vůči barycentru lze také vypočítat užitím orbitální úhlové rychlosti Slunce (4) (4) ω d = 5, Δφ s -1 a postupné rychlosti Slunce (2) v = ω d. r tedy L S= r. p S = r. M S. v = r. M S. r. ω d = M S. r 2. ω d, kde r je vzdálenost Slunce od barycentra (6). r = r S. 1, m Jaká je orbitální úhlová rychlost Slunce? Pro SC No -28 byla průměrná Δφ připadající na 1 rok Δφ = 35 0, pro SC No -25 byla Δφ = 25 0 ; Podle (4) je průměrná roční orbitální rychlost pro No-28 ω d No -28 = 1, s -1 a pro No-25 je průměrná roční orbitální rychlost ω d No -25 = 1, s -1. Ve srovnání s úhlovou rychlostí bodu na slunečním rovníku (10) ω S = 2, s -1 je orbitální úhlová rychlost Slunce 100 x menší. Moment hybnosti Slunce vzhledem k jeho vlastní rotaci (9) L S = J S. ω S Pro J S = 5, kg.m 2 => L S = 1, kg.m 2 s -1 pro J S = 3, kg.m 2 => L S = 1, kg.m 2 s -1 je ve srovnání s momentem hybnosti k jeho orbitu viz (8a, (8b)- vůči barycentru 100 x menší. Literatura: Schove,D.J.: The sunspot cycle, 649 B.C to A.D.2000, Journal Geophysical Research,1955,Vol. 60.p Jose, P.,D.: Sun s Motion and Sunspots, Astron. Journ (1965),193 Charvátová, I.:On the Relation between Solar Morión and the long. Term variability of Solar Activity, Studia Geoph. et geod., 33(1989), 230 Burša, M.: Země ve sluneční soustavě, Praha 2000 Střeštík,J.: Ústní sdělení, 2007, 2011 Čech,J,: Slunce a barycentrum, Úpice 2007 Čech,J.: Sluneční činnost a pohyb Slunce, Úpice 2008 Čech.J.: Úvahy nad slunečními extrémy, Úpice 2014 Wikipedie, Moment hybnosti

66 Aktuální sluneční cyklus z pohledu pozorovatele Jan Klimeš ml., Hvězdárna v Úpici Jan Klimeš st., Hvězdárna v Úpici Abstrakt: Autoři v tomto příspěvku stručně na základě pozorování z naší observatoře a s pomocí vybraných družicových snímků přiblíží dosavadní zajímavé vlastnosti 24. cyklu sluneční aktivity. Všimneme si hlediska erupčního, dále vztahu magnetické pole skvrna i projevů v krátkovlnné oblasti slunečního spektra. 1. Zvláštnosti 24. slunečního cyklu Jak již autoři na minulých konferencích doložili na obrazovém materiálu, aktuální 24. cykl sluneční aktivity se vyznačuje několika zajímavými vlastnostmi svého chování. Vedle celkově výrazně slabšího projevu skvrnové a erupční aktivity oproti cyklům předchozím je tu velmi zajímavý rys v podobě jakoby obrácených důsledků. Tím je míněno to, že zatímco v případě utvoření tzv. protonové konfigurace aktivních oblastí na Slunci, vedoucí v jiných cyklech zcela jasně k protonové erupci, se zde zpravidla vytvoří krátkodobý efekt většinou střední mohutnosti rentgenového toku a bez komplexní odezvy sluneční korony a meziplanetárního prostoru, zatímco při relativně klidné situaci na disku se i od slaboučkých erupcí pravidelně objevují CME a jiné s pohybem hmoty svázané efekty, ale rentgenový tok je na nízké úrovni. Celkově pak chybí masivní produkce rentgenového záření, ostatní krátkovlnné části slunečního spektra se chovají zcela v korelaci s pozorovatelnou skvrnovou a zvláště pak erupční aktivitou. Třetí zvláštností je, že v tomto cyklu se objevují velmi dlouhotrvající útvary, snad aktivní oblasti, velkého plošného rozsahu. 2. Demonstrace chování 24. cyklu V další části příspěvku se autoři věnovali praktické ukázce netradičních rysů 24.cyklu, povětšinou na základě animovaných sekvencí. Několik menších ukázek je na CD se sborníkem, ovšem celý materiál je datově příliš rozsáhlý, proto případný zájemce z řad čtenářů nechť se obrátí pro další podklady na autory příspěvku. 3. Prostor pro otázky V závěru se sluší položit pár otázek, které z předvedeného materiálu vyplývají. Jako první se nabízí hledat odpověď na otázku, co způsobuje odlišnost aktivity tohoto cyklu v porovnání s těmi předchozími cykly, o kterých máme podrobnější informace. Druhá otázka zní,: Jaké procesy mají na svědomí únik hmoty při slabé aktivitě, zatímco při zesílení pozorujeme jakýsi blok? Třetí otázka pak nutí k zamyšlení nad zjištěním, co dává příležitost k dlouhotrvajícím velkorozměrovým útvarům. Tyto otázky už byly položeny na minulém semináři a odpovědi stále ani netušíme, natož abychom je znali. Animace1, animace 2, animace 3, animace 4 66

67 The high-resolution observations in the solar corona. Krzysztof Barczyński 1, Hardi Peter 1, Belik Marcel 2, Grzegorz Michalek 3 1) Max Planck Institute for Solar System Research, Göttingen, Germany 2) Observatory in Upice, Upice, Czech Republic 3) Astronomical Observatory of the Jagiellonian University, Krakow, Poland prezentace 67

68 Účinky slunečního zatmění v ionosféře Josef Boška CSc., Kateřina Potužníková Phd., UFA AVČR Abstrakt. V průběhu částečného slunečního zatmění,které bylo pozorováno na našem území , byla na ionosférické observatoři Průhonice provedena serie měření stavu ionosféry metodou ionosférické vertikální sondáže a výpočty profilů elektronové koncentrace s časovým rozlišením 3 minuty (oproti běžnému intervalu měření 15 minut). To umožnilo přímo sledovat rychlé změny stavu ionosféry v průběhu slunečního zatmění. Digisonda DPS4D, instalovaná na observatoři pracuje též jako Dopplerovský radar. Umožňila ve stejném časovém rozlišení monitorovat pohyb ionosférického plasmatu, ionosférický drift, v průběhu slunečního zatmění. Effects of the Solar eclipse in the ionosphere. Abstract. Paper presents changes of the state of the ionosphere observed during Solar eclipse at ionospheric observatory Pruhonice. Ionospheric vertical sounding measurements and electron density profiles with delay time 3 minutes allow observation short time changes of the inosphere during eclipse. Digisonde DPS4D, installed at the Pruhonice observatory, is working as Doppler radar and allow ionospheric drift measurements during the Solar eclipse with the same time resolution. prezentace 68

69 Vliv dolní atmosféry na ionosféru Petra Koucká Knížová, Zbyšek Mošna, Kateřina Potužníková, Josef Boška, Daniel Kouba Ústav fyziky atmosféry AVČR Boční II/140, , Praha 4 Spořilov pkn@ufa.cas.cz Abstract Ionosphere represents weakly ionized plasma that reflects solar and geomagnetic activity and processes in the neutral atmosphere. Correlation of long time series of the ionospheric plasma critical frequencies, obtained by mean of vertical sounding from European stations, is analysed with respect to latitudinal and longitudinal difference and surface distance of stations. Time series of critical frequencies are highly correlated reflecting the dominant solar influence. Correlation coefficients are high not only for raw data and subtracted mean courses but for fluctuations around mean as well. At the surface distance exceeding 1000 km and/ or about 10 degrees of latitudinal difference between stations, the correlation coefficients of fluctuations decrease rapidly. Such effect is less visible on the latitudinal dependence, where the correlation coefficients decrease with increasing distance with less pronounced threshold. We explain the existence of the break point at 10 degrees in longitude and/or 1000 km by the local influence of the neutral atmosphere and the wave activity. As a possible source of the common influence on scale 1000 km/10 degree we propose tropospheric systems that are known to be an important source of atmospheric waves in a broad period range. Large tropospheric mesoscale systems have typically up to 2000 km in size. Abstrakt Ionosféra představuje slabě ionizované plasma, které je ovlivněné jak slunečními a geomagnetickými procesy tak i jevy probíhajícími v neutrální atmosféře. Korelační koeficienty dlouhých časových řad kritických frekvencí měřených na evropských observatořích vertikálního ionosférického sondování dosahují vysokých hodnot. Odrážejí tak dominantní globální vliv sluneční aktivity. Korelační koeficienty dosahují vysokých hodnot nejen pro původní data a pro střední hodnoty ale i pro fluktuace. Korelace časových řad výrazně klesá pro povrchovou vzdálenost stanic přesahující 1000 km a přibližně 10 geografické šířky. Tento efekt není příliš pozorovatelný pro rozdíl geografických délek stanic, pro který korelační koeficient klesá pomaleji. Zlom na křivce korelačních koeficientů vysvětlujeme lokálním vlivem neutrální atmosféry a vlnové aktivity. Pravděpodobným společným zdrojem vlnové aktivity na škále 1000 km/10 jsou troposférické systémy. Ty jsou známé jako významný zdroj vlnových procesů ve velmi širokém rozsahu period, které se šíří až do výšky ionosféry. Velké troposférické mesoscale systémy typicky dosahují charakteristických horizontálních rozměrů do 2000 km. Atmosféra Zemská atmosféra představuje plynný obal Země. Ve srovnání s poloměrem Země se jedná o tenkou vrstvu sahající až do vzdálenosti okolo km. Její horní hranice je dána schopností částic překonat gravitační pole Země a uniknout do volného prostoru. Zemská atmosféra není homogenní směs plynu, ale její složení se mění se vzdáleností od zemského povrchu. Dopadající sluneční záření ionizuje neutrální částice atmosféry. Pouze část slunečního záření dosáhne do dolních vrstev atmosféry nebo povrchu Země. Velká část záření je pohlcena ve vyšších vrstvách. V horní části atmosféry, kde je dostatečné množství ionizovaného plynu, mluvíme o atmosférickém plazmatu. Tato oblast se nazývá ionosféra. Z hlediska teplotního zvrstvení neutrální atmosféry se ionosféra nachází ve výšce mezosféry a termosféry. Systém atmosféra-ionosféra představuje velice komplikovaný systém provázaný řadou chemických, dynamických, elektrodynamických a elektromagnetických procesů. Chování tohoto systému je ovlivněno vnějšími procesy, tedy především sluneční a geomagnetickou aktivitou, ale také ději probíhajícími v nižších vrstvách atmosféry. Významnou roli hrají atmosférické vlny generované v dolní atmosféře (Laštovička, 2006). Neutrální částice ovlivňují chování ionizovaných částic a plasma zasahuje do dynamických procesů v neutrální atmosféře. Vzhledem k morfologii atmosféry a geomagnetického pole, závisí vazbové procesy také na geomagnetické šířce. Významnou roli hraje i sluneční a geomagnetická aktivita. Ionosféra je plasma s velmi nízkým stupněm ionizace. Na obrázku 1 je znázorněno členění zemské atmosféry podle teploty, složení, 69

70 transportních procesů, gravitační vazby a koncentrace ionizovaných částic. V oblasti maximální koncentrace ionizovaných částic (za normálních podmínek ve vrstvě F) připadá nejvýše jeden iont na sto neutrálních částic. V dolních oblastech ionosféry (vrstva D a E) hrají srážky mezi neutrálními částicemi a ionty zásadní roli. Pohyb ionizovaných částic je řízen pohyby neutrálů a to i napříč magnetickým polem. S klesající koncentrací neutrálních částic roste vliv magnetického pole na ionosférické plasma. Zemská atmosféra je prostředí vhodné pro vznik, šíření a rozpad rozsáhlého spektra vln. V reálné atmosféře lze běžně pozorovat vlny (periodické změny) s periodou v řádu sekund (např. na mikrobarografech, nebo sonických anemometrech) až po změny v řádu let. Pro vznik a šíření vln je významná dolní atmosféra. Vlivem zemské rotace dochází k periodickému ohřevu atmosféry a povrchu Země s periodou 24 h a tím vzniku tzv. termálních přílivů. Zemský povrch se zahřívá nerovnoměrně vzhledem k odlišné tepelné kapacitě oceánu a povrchových materiálů pevniny. Vlny v atmosféře s periodami v řádu dnů se nazývají planetární vlny. Planetární vlny jsou dvojího typu 1) migrující vázané na zdánlivý pohyb Slunce a 2) nemigrující vyvolané orografií a odlišným ohřevem oceánu a pevniny. V dolní atmosféře je vznik tzv. gravitačních vln, s periodou od minut do několika hodin vázán na meteorologické systémy a pohyb vzduchových hmot přes orografii. Vlny s kratšími sekundovými až minutovými periodami, tzv. akustické případně infrazvukové, vznikají při zemětřeseních, pohybu lavin, sopečných erupcích, pohybech meteorologických systémů apod. Také jsou často spojeny s lidskou aktivitou. Obrázek 1. Rozdělení zemské atmosféry do oblastí podle teploty, chemického složení, cirkulace, gravitačního působení a přítomnosti ionizovaných částic tvořících atmosférické plasma. (převzato z P. Šauli, Atmosféra pod vlivem sluneční aktivity, Astropis, 17-20, 2007) 70

71 Obrázek 2. Průběh kritické frekvence fof2 v době 13. ledna 00UT 16. ledna 00UT Ionogramy jsou naměřeny pomocí sondy DPS 4 (Reinisch et al., 2005) na observatoři Průhonice (49.9 s.š., 14.6 v.d.). Výraznou proměnlivost ionosféry ze dne na den lze pozorovat např. na záznamech z vertikálního ionosférického sondování. Obrázek 2 ukazuje výraznou změnu průběhu kritické frekvence F vrstvy ionosféry. Během měření byla sluneční a geomagnetická aktivita poměrně nízká (F10.7 = sfu, max(kp) = 2). Ionogramy jsou naměřeny pomocí sondy DPS 4 (Reinisch et al., 2005) na observatoři Průhonice (49,9 s.š., 14,6 v.d). Experimentální práce prokázaly, že atmosférické vlny mohou za vhodných podmínek proniknout až do ionosféry do výšky vrstvy F2 (např. Altadill et al., 2004; Boška and Šauli, 2001; Forbes and Leveroni, 1992; Laštovička and Šauli, 1999; Pancheva et al., 1994; Radicella et al., 2009; Šauli and Boška, 2001; a další). Forbes et al. (2000) předpokládá, že během klidných geomagnetických podmínek je % ionosférické variability na škále 2-30 dní způsobeno meteorologickými vlivy. Na kratších škálách 1-2 dnů předpokládá proměnlivost ještě vyšší až %. Vysoká proměnlivost ionosféry byla dokumentována v satelitních měřeních během posledního výrazně nízkého slunečního minima mezi 23. a 24. slunečním cyklem (např. Chang et al., 2014; Pancheva and Mukhtarov, 2011; Phanikumar et al., 2014). Korelace časových řad kritických frekvencí Reprezentativním parametrem stavu ionosféry je kritická frekvence ve vrstvě F2. Kritická frekvence je úměrná elektronové koncentraci v oblasti maxima, udává nejvyšší frekvenci elektromagnetické vlny vertikálně odražené od ionosféry. Jako reprezentativní hodnotu používáme medián hodnot mezi UT pro stanice Arkhangels (64,5 s.š., 40,5 v.d.), Dourbes (50,1 s.š., 4,6 v.d.), Kaliningrad (54,7 s.š., 20,6 v.d.), Kiev (50,7 s.š., 30,3 v.d.), Lannion (48,5 s.š., 356,7 v.d.), Leningrad (59,95 s.š., 30,7 v.d.), Lycsele (64,6 s.š., 18,8 v.d.), Moscow (55,5 s.š., 37,3 v.d.), Paříž (48,1 s.š., 2,3 v.d.), Poitiers (46,6 s.š., 0,3 v.d.), Průhonice (59,9 s.š., 14,6 v.d.), Řím (41,8 s.š.,12,5 v.d.), Sodankyla (67,3 s.š., 26,6 v.d.), South Uist (57,4 s.š., 7,.3 z.d.) a Uppsala (59,8 s.š., 17,6 v.d.). Pro jednotlivé časové řady je extrahován střední průběh a fluktuace. Použitý je 64 denní filtr. Pro každou dvojici stanic je pak počítán odhad Pearsonova korelačního koeficientu (Everitt, 2006) pro původní data, střední průběh a fluktuace. Obrázek 3 ukazuje závislost jednotlivých korelačních koeficientů na povrchové vzdálenosti stanic měření. Korelační koeficienty jsou vysoké pro původní data a střední průběh (trend). Vysoká korelace v těchto dvou případech odráží fakt, že dominantním faktorem působícím na ionosféru je sluneční aktivita. Na všech stanicích je prakticky stejný. Zajímavým výsledkem jsou vysoké korelační koeficienty i u fluktuací. Krátkodobé fluktuace jsou vysoce korelované až do vzdálenosti okolo 1000 km mezi analyzovanými stanicemi. Pokud vzdálenost přesáhne 1000 km, korelační koeficient rychle klesá. Obdobným způsobem lze znázornit i závislost korelačního koeficientu na rozdílu geografické šířky a délky. V případě závislosti korelací na rozdílu geografických šířek stanic dostaneme obdobný průběh jako na obrázku 3 s méně výrazným předělem 71

72 v okolí 10 (obrázek 4). Charakter závislosti korelačního koeficientu na rozdílu geografických délek stanic je obdobný jako v předchozím případě. Pokles za zlomovým bodem okolo 10 je výrazně pomalejší. Obrázek 3. Průběh Pearsonova korelačního koeficientu pro časové řady fof2 v závislosti na povrchové vzdálenosti stanic pro původní data, střední průběh a fluktuace. Obrázek 4. Průběh Pearsonova korelačního koeficientu pro časové řady fof2 v závislosti na rozdílu geografických šířek stanic pro původní data, střední průběh a fluktuace. Waveletová koherence časových řad kritických frekvence Waveletová analýza je vhodná ke studiu nelineárních signálů s mnoha překrývajícími se periodicitami a s dlouhou pamětí (Mallat, 1998). Díky ní je možné signál rozložit na nezávislé komponenty. Waveletová 72

73 koherence ukazuje, do jaké míry jsou dva signály koherentní na dané časové a frekvenční/periodické škále. Pro velikost waveletové koherence nejsou zásadní výkonová spektra signálů, ale jejich vzájemná souvislost na dané časové škále v daném období. Waveletová koherence může dosáhnout vysokých hodnot i pro nízké hodnoty výkonových spekter původních signálů (Torrence, and Compo, 1998; Grinsted et al, 2004, Obrázek 5 ukazuje waveletovou koherenci počítanou pro stanice Průhonice-Řím (horní panel) a stanice Průhonice-Sodankyla (střední panel) v průběhu let Stejně jako v předchozím případě jsou použity časové řady kritických frekvencí s jednodenním rozlišením. Dolní panel ukazuje průběh kritické frekvence na stanici Průhonice společně se slunečním tokem F10.7 během dvou slunečních cyklů. Z tohoto panelu je zřejmá podobnost průběhu slunečního toku a kritické frekvence v F2 vrstvě. S rostoucím tokem v obdobích slunečního maxima roste i kritická frekvence F2 v ionosféře. Waveletová koherence signálů fof2 je velmi proměnlivá jak z hlediska období tak i dané škály/periody procesu. Spektra waveletové koherence pro různé dvojice stanic se vzájemně liší. Povrchová vzdálenost stanic Průhonice a Řím je 920 km, vzdálenost stanic Průhonice a Sodankyla je 2050 km. Koherence signálů je vyšší pro stanice Průhonice a Řím v průběhu obou slunečních cyklů. Zejména v období slunečního minima v letech je vzájemná koherence signálů výrazně vyšší na všech škálách period. Vlnové oscilace ve spektru odpovídají spektru planetárních vln. V obou případech je vidět nárůst koherence na škále přibližně 27 dní, která odpovídá sluneční periodě. Zřetelněji je vidět pro dvojici stanic Průhonice a Řím. Obrázek 5. Spektra waveletové koherence pro stanice Průhonice-Řím (horní panel) a stanice Průhonice- Sodankyla (střední panel) počítané pro 2 sluneční cykly v letech Průběhy kritické frekvence pro Průhonice a slunečního toku F10.7 jsou uvedeny na dolním panelu. 73

74 Obrázek 6. Západní cyklonální situace jeden z nejfrekventovanějších typů atmosférické cirkulace nad střední Evropou. Mezi tlakovou níží nad severním Atlantikem a subtropickou tlakovou výší nad Azory postupují v západním proudění frontální systémy přinášející do střední Evropy vlhký studený vzduch. Závěr Analýza korelačních koeficientů dlouhých časových řad kritických frekvencí měřených na evropských observatořích vertikálního ionosférického sondování ukazuje velmi vysokou korelaci jednotlivých řad. Vysoké hodnoty korelace potvrzují dominantní globální vliv sluneční aktivity na stav ionosféry na všech analyzovaných stanicích. Korelační koeficienty dosahují vysokých hodnot nejen pro původní naměřená data a pro střední hodnoty ale i pro časové řady fluktuace. Korelace časových řad fluktuací klesá pro povrchovou vzdálenost stanic přesahující 1000 km a přibližně 10 geografické šířky. Tento efekt je méně pozorovatelný pro rozdíl geografických délek stanic, pro který korelační koeficient klesá pomaleji. Zlomový bod na grafu korelačních koeficientů vysvětlujeme lokálním vlivem neutrální atmosféry a její vlnové aktivity. Pravděpodobným společným zdrojem vlnové aktivity na škále 1000 km/10 jsou troposférické systémy (např. Eckermann, and Vincent, 1993). Rozsáhlé meteorologické systémy jsou známé jako významný zdroj vlnových procesů ve velmi širokém rozsahu period, které se šíří až do výšky ionosféry. Velké troposférické mesoscale systémy typicky dosahují 2000 km (Orlanski, 1975). Typická synoptická situace ve střední Evropě je znázorněna na obrázku 6. Charakteristickým rysem dynamiky troposféry nad Evropou je její vysoká proměnlivost (Bluestein, 1993; Hidore, et al., 2009) s mnoha frontálními systémy. V době slunečního minima je vliv neutrální atmosféry výraznější. Projevy vlnových jevů s původem v neutrální atmosféře nejsou překryty výraznými slunečními a geomagnetickými procesy. Zesílení koherence je zřetelné na všech délkách period. Hodnota koherence se nicméně mění jak v průběhu slunečního cyklu, tak i vůči předchozímu či následujícímu cyklu. Práce vznikla za podpory Grantové agentury České republiky (projekt S). Reference Altadill, D., Apostolov, E.M., Boska, J., et al. Lastovicka, J., Sauli, P., Planetary and gravity wave signatures in the F-region ionosphere with impact on radio propagation predictions and variability. Annals of Geophysics, 47, 2-3, S, Bluestein, H. B., Synoptic-Dynamic Meteorology in Midlatitudes: Volume II: Observations and Theory of Weather Systems. ISBN-13: ISBN-10: X Boška, J., Šauli, P., Observations of gravity waves of meteorological origin in the F-region ionosphere. Physics and Chemistry of the Earth, Part C Solar-Terrestrial and Planetary Science, 26, 6, Chang, L., Yue, J., Wang, W., Wu, Q., and Meier, R.R., Quasi two day wave-related variability in the background dynamics and composition of themesosphere/thermosphere and the ionosphere. Journal of Geophysical Research Space Physics, 119, 6, /2014JA Eckermann, D.S., and Vincent, R.A., VHF Radar Observations of Gravity-Wave Production by Cold Fronts over Southern Australia. Journal of Atmospheric Science, 50, doi: Everitt, B.S., The Cambridge Dictionary of Statistics. Cambridge University Press. 74

75 Forbes, J.M., Palo, S.E., Zhang, X., Variability of the ionosphere. Journal of atmospheric and Solar- Terrestrial Physics, 62, Forbes, J.M., and Leveroni, S., Quasi 16-day oscillation in the ionosphere. Geophysical Research Letters, 19, 10, Grinsted, A., Moore, J. C., Jevrejeva, S., Application of the cross wavelet transform and wavelet coherence to geophysical time series. Nonlinear Processes in Geophysics, 11, Hidore, J. J., Oliver, J.E., Snow, M., Snow, R., Climatology: An Atmospheric Science (3rd Edition), ISBN-13: ISBN-10: Laštovička, J., and Šauli, P., Are planetary wave type oscillations in the F2 region caused by planetary wave modulation of upward propagating tides? Advances in Space Research, 24, I I, Laštovička, J., Forcing of the ionosphere by waves from below. Journal of atmospheric and Solar- Terrestrial Physics, 68, 3 5, Mallat, S., A Wavelet Tour of Signal Processing. Academic Press, San Diego. Orlanski, I., A Rational Subdivision of Scales for Atmospheric Processes. Bulletin American Meteorological Society, 56, 5, Pancheva, D., and Mukhtarov, P., Stratospheric warmings: The atmosphere ionosphere coupling paradigm. Journal of atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 73, Pancheva, D., Alberca, L.F., de la Morena, B.A., Simultaneous observation of the quasi-two day variations in the lower and upper ionosphere. Journal of atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 56, Panikumar, D.V., Kumar, K.N., Kumar, S., Signatures of ultra fast Kelvin waves in low latitude ionospheric TEC during January 2009 stratospheric warming event. Journal of atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 117, Radicella, S.M., Sauli, P., Jakowski, N., Kouba, D, Portillo, A., Herraiz, M., Strangeways, H.J., Zernov, N., Gherm, V., Space Plasma Effects. Annals of Geophysics, 52, 3-4, Reinisch, B. W., X. Huang, I. A. Galkin, V. Paznukhov, and A. Kozlov, Recent advances in real-time analysis of ionograms and ionospheric drift measurements with digisondes, J. Atmos. Solar-Terr. Physics, 67, Šauli, P., Atmosféra pod vlivem sluneční aktivity. Astropis, Šauli, P., Boška, J Tropospheric events and possible related gravity wave activity effects on the ionosphere. Journal of atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 63, 9, Torrence, C. and Compo, G. P.: A practical guide to wavelet analysis, Bull. Am. Meteorol. Soc., 79, 61 78,

76 Polární záře v noci ze 17. na 18. března 2015 viditelná z území ČR Richard Kotrba, Hvězdárna v Úpici Abstrakt: Polární záři můžeme čas od času pozorovat i v našich zeměpisných šířkách. Stručný výklad fyzikálních mechanismů vzniku polárních září, popis jejích průběhu od vzniku slunečního větru po světelné efekty v atmosféře Země a některých dalších planet. Polární záře na Zemi, Aurorální ovál, oblasti běžného výskytu polárních září. Za jakých podmínek může vzniknout polární záře viditelná v nižších zeměpisných šířkách, eruptivní jevy na Slunci a jejich vliv na naši technickou civilizaci. Aurora in Middle Europe, Cause and Effect Abstract: Aurora can be observed from time to time even in our latitudes. A brief explanation of the physical mechanisms of the aurora, the description of it from the formation of the solar wind to the lighting effects in the atmosphere of the Earth and some of other planets. Aurora on Earth, Auroral Oval, area with ordinary occurrence of auroras. Under what conditions can an aurora visible at lower latitudes arise; eruptive phenomena on the Sun and their influence on our technical civilization. 7. března 2015 se na okraji slunečního disku vynořila aktivní oblast, které dostala označení AR2297. Tato zajímavá oblast se během následujících dnů vlivem rotace Slunce posouvala k centru kotouče, přičemž bylo její představení provázeno mnoha eruptivními jevy. Pro naše vyprávění je důležité datum 15. března 2015, kdy v oblasti 2297 kolem 1h UT vznikla několik hodin dlouhá událost třídy C9 1) (vyznačena na obr. 1 )doprovázená výronem sluneční koronální hmoty (CME). Tento oblak plazmatu s vmrznutým magnetickým polem, plasmoid, se stal součástí slunečního větru a vydal se na cestu Sluneční soustavou. Náhoda tomu chtěla, aby směr jeho pohybu byl takový, aby se plasmoid na své cestě setkal se Zemí a zejména s její magnetosférou. Obr 1: Graf aktivity Slunce 0,1-0,8 nm z [1], [2] Sluneční vítr je trvalým jevem vyplývajícím z činnosti Slunce. Jde o proud nabitých částic (protony, elektrony, alfa částice), který vychází ze Slunce a šíří se velkou rychlostí Sluneční soustavou. Sluneční vítr je nehomogenní a jeho intenzita se mění v závislosti na sluneční činnosti. Sluneční vítr se na své cestě setkává s magnetosférou Země (a dalších Obr 2: Vývoj erupce C9 z [3] planet). Zemská magnetosféra větší část nabitých částic odkloní, ale ty, které se dostanou do oblastí tzv. polárních kapes (obr. 3) se vlivem magnetického pole přesunují rotačním pohybem podél magnetických silokřivek dovnitř k oblasti poblíž magnetických pólů Země. Podrobný popis mechanismů pohybu nabitých částic v magnetickém poli přesahuje možnosti tohoto příspěvku, omezme se tedy na konstatování, že se tyto vysoce Obr 3: Magnetické pole Země, credit William Crochot, Wikipedie energetické částice, které v oblasti cca 70 magnetické šířky sjíždějí po magnetických silokřivkách k Zemi, setkávají s molekulami a atomy atmosféry. Protože částice slunečního větru mají vysokou energii, dokážou excitovat atmosférické atomy a molekuly. Při 76

77 následné deexcitaci (atom či molekula se přirozeně snaží o co nejnižší energetickou hladinu) pak dochází k uvolnění energie ve formě záření, které vnímáme jako polární záři. Každý atom či molekula má tedy své charakteristické vlnové délky záření, které odpovídají rozdílům mezi energetickými hladinami atomu či molekuly při přechodu. Zpravidla se potkáváme (ve viditelné části spektra) s červenými či zelenými čarami odpovídajícími kyslíku a z menší části dusíku (obr. 4). K tomu, aby uvedený jev excitace / deexcitace probíhal, musí k němu nastávat tam, kde je atmosféra správně hustá; polární záře tedy vzniká zpravidla ve výškách km. V těch oblastech, v okolí 70 magnetické šířky tedy vzniká tzv. aurorální ovál, jehož tvar, velikost a intenzita se mění v závislosti na intenzitě slunečního větru. Polární záře, pozorovatelné Obr 4: Schéma excitace / deexcitace (elektron) většinou v oblasti vyšších zeměpisných šířek u polárního kruhu, se mohou tedy v případě vyšší intenzity toku nabitých částic být pozorovatelné i z našich či ještě nižších zeměpisných šířek. A k takovému jevu došlo 17. března 2015 v ranních hodinách, kdy se výše zmíněný plasmoid Obr 5: Magnetograf z Hvězdárny v Úpici Poruchy geomagnetického pole začaly těsně před 5h UT dostal do interakce se zemskou magnetosférou a napumpoval do polárních oblastí velké množství nabitých částic. V důsledku toho došlo k porušení geomagnetického pole (viz záznam z Úpice, obr. 5), a Kp index 2) dosáhl hodnoty, která naznačovala možnost spatření polární záře z našich zeměpisných šířek. Obr 6: Kp index Zdroj: NOAA 77

78 Protože tedy existovala velká pravděpodobnost viditelnosti polární záře z našeho území, rozhodli jsme se s kolegou, že se ji pokusíme spatřit. Protože však oba bydlíme mezi Hradcem Králové a Pardubicemi, nebylo možné kvůli svitem města zničenému severnímu obzoru polární záři pozorovat přímo, ale museli jsme se pokusit nalézt vhodné pozorovací stanoviště. Musím na tomto místě konstatovat, že to se ukázalo značně obtížným úkolem, protože nalézt v této oblasti místo s alespoň trochu zachovalým nočním prostředím je prakticky nemožné. Podmínky se totiž od doby minulého pozorování polární záře v této oblasti (podzim 2003) tak zhoršily, že je to až těžko k uvěření. Jako alespoň trochu vyhovující bylo nakonec nalezeno místo nedaleko Rožnova u Jaroměře, kde se ukázal alespoň přijatelný severní a severozápadní obzor. Je samozřejmě škoda, že jsme nemohli dojet až na nějaké místo do hor na severu Čech (odkud byly jinými pozorovateli pořízeny mnohem lepší záznamy), ale alespoň tak. Bylo 17. března 2015, cca 21:15 místního času. Obr 7: Polární záře , 21:15 místního času. Foto: Richard Kotrba Pozorována pouhým okem se polární záře ztrácela ve svitu pozadí oblohy. Nebyla barevná, na to byla příliš slabá, bylo ji možné pozorovat pouze jako pomalu se měnící slabé bílé plošné světlo na jen mírně tmavším pozadí. Teprve použití fotografické techniky dalo vyniknout barvám a umožnilo tento přírodní jev zachytit. Na snímcích (obr. 7 8) je zachycena polární záře tak, jak byla pozorovatelná z výše uvedeného stanoviště. Na jednotlivých snímcích je záře slušně patrná (zejména červené odstíny), na složené animaci je pak lze pozorovat její proměny v řádu desítek sekund. S povzdechem však musím konstatovat, že kvůli rychle rostoucímu světelnému znečištění je obzor, kde by jev mohl být velmi působivý, lemován zdroji umělého znečištění, byť na těchto snímcích relativně izolovanými. Zastávám názor, že lidé by si, přes veškerý technický pokrok, měli zachovat možnost vidět noční nebe; o tom ale bude samostatný příspěvek. 78

79 Obr 8: Polární záře , 21:20 místního času. Foto: Richard Kotrba O tom, že polární záře jsou u nás čas od času pozorovatelné, slouží i množství historických záznamů. V minulosti byly několika badateli na základě studia historických pramenů sestaveny jejich přehledy a katalogy, kteréžto počiny usnadnily jejich následovníkům studium. Mezi zásadní práce, na které zájemce mohu na tomto místě odkázat, můžeme v této oblasti zařadit: 1/ O. Seydl : A list of 402 northern lights observed in Bohemia, Moravia and Slovakia from 1013 till 1951 (vyd. 1954) 2/ L. Křivský, K. Pejml: Solar Activity, Aurorae and Climate in Central Europe in Last 1000 Years. (vyd. 1985, doplněno 1996). 3/ J.Střeštík: Doplnění katalogu polárních září pozorovaných v nižších šířkách (2011) Polární záře není škodlivým jevem, člověku ani přírodě přímo neškodí. Pomineme-li možnost, že kochající se pozorovatel spadne do nějaké jámy, jde o výsostně pozitivní estetický zážitek. Ne tak je tomu ovšem s vlivem příčin vzniku polární záře na člověka technického. Moderní člověk je, bohužel, v každém okamžiku svého bytí čím dál více závislý na nejrůznějších elektronických přístrojích, jejichž činnost může být elektromagnetickou bouří narušena. Může docházet k poruchám na rozvodech elektřiny, na umělých družicích, v telekomunikaci. Díky soustavnému pozorování Slunce však o hrozícím nebezpečí víme několik desítek hodin dopředu a je zpravidla dost času učinit potřebná opatření vedoucí k minimalizaci případných škod. 79

80 V době rychlých informací a sociálních sítí je však možné pozorovat ještě jeden jev. Zpráva o polární záři se, podobně jako jiné takové zprávy, šíří všemi médii rychlostí blesku. Jako taková vzniká a také velmi rychle pomíjí a je vytlačena dalšími nepřetržitě vznikajícími zprávami, jejichž životnost bude opět jepičí. Není čas se zastavit, není čas se zamyslet, není čas se na záři podívat; vlastně není ani možnost. Zklamaných poznámek, že na obloze žádná záře není (pokud uprostřed zářícího města vystrčím hlavu na pět sekund z okna a podívám se k severu), jsem slyšel již opravdu mnoho. Nezbývá tedy nám všem popřát, abychom v dnešní rychlé a povrchní době dokázali najít cestu, jak znovu najít cestu k jednomu z nejkrásnějších potěšení pohledu na co nejméně rušenou noční oblohu plnou hvězd, planet a občas, za odměnu, i takových jevů, jakým jsou polární záře. Vysvětlivky: 1) V okamžiku rekonexe magnetických silokřivek dochází k prudkému uvolnění energie (erupce), při kterém plazma září mj. v rentgenové oblasti. Podle toku energie v rozmezí vlnových délek 100 až 800 pm se tato vzplanutí klasifikují takto: třída A < 10-7 Wm -2 třída B Wm -2 třída C Wm -2 třída M Wm -2 třída X > 10-4 Wm -2 2) K index je veličina, která na 9ti stupňové škále kvantifikuje poruchy v horizontální složce geomagnetického pole. Odvozuje se od maximálních fluktuací na tříhodinovém intervalu. Tento index je měřen více stanicemi na Zemi, jejich váženým průměrováním vzniká K p index. K p index (planetární K-index) shrnuje tedy globální úroveň geomagnetické aktivity. Pokud je K p > 7, je šance k pozorování polární záře i u nás. K p Index samozřejmě nevyužívají pouze pozorovatelé polárních září, ale i všichni ostatní, kteří potřebují znát aktivitu geomagnetického pole. Tedy například energetici, řídící leteckého provozu atp. Použité zdroje, citace: [1] GOES-15 [2] Laboratory of X-ray astronomy of the Sun, LPI RAS, Rusko [3] SDO (Solar Dynamics Observatory) 80

81 Polární záře nad Faerskými ostrovy Jan Sládeček, Praha Abstrakt Faerské ostrovy leží v severním Atlantickém oceánu, severozápadně od Skotska asi v polovině cesty na Island. Jsou autonomní součástí Dánska, ale mají svůj parlament a vlajku. Polární záře je světelný úkaz, který vzniká v okolí pólů při interakci částic slunečního větru se zemskou atmosférou. V obdobích zvýšené sluneční aktivity jsou polární záře častější a intenzivnější. Naše výprava měla možnost pozorovat dne , ve večerních hodinách, rozsáhlou polární záři nad Faerskými ostrovy v přístavu hlavního města Tórshavn. Záře poměrně rychle měnila tvar, občas pokrývala velkou část oblohy od severu po zenit a jih. Tato polární záře byla, v důsledku silné sluneční erupce o den dříve, viditelná nejen v severních oblastech, ale i v našich zeměpisných šířkách. Naše výprava mířila na Faerské ostrovy primárně za úplným zatměním Slunce i když vyhlídka počasí dávala poměrně malou šanci na úspěšné pozorování jevu, což se nakonec potvrdilo. Oblačnost pokrývala celé ostrovy. Pozorování a fotografování rozsáhlé polární záře se tak stalo hlavní náplní a účelem expedice na Faerské ostrovy. Aurora Borealis above Faroe Islands Faroe islands are located in the north of the Atlantic ocean, northwest of Scotland perhaps in the half way to Iceland. Islands are autonomous part of Denmark, although they have their parliament and flag. Aurora is the light phenomenon, who develop at terrestrial pole at interaction particles of solar wind with Earth's atmosphere. Auroras are frequent and intensive at season increased solar activity. Our expedition had chance to observe in the day March 17, 2015, in evening and night hour, large autora above Faroe islands in the port of capital city Tórshavn. Aurora changed your form relatively fast, sometimes covered large part of sky from north up to zenith and south. This aurora was visibled in consequence of strong solar flare day ago, they was visible not only in north regions, but also in our latitude. Our expedition went to Faroe islands mainly to total solar eclipse March 20, 2015 also when point of view weather prediction gave relatively little chance on successful observe of phenomenon, which finally confirm. Clouds covered all island. Observation and photography large aurora was happended main content and purpose of expedition to Faroe Islands. Faerské ostrovy leží v severním Atlantickém oceánu, severozápadně od Skotska asi v polovině cesty na Island. Jsou autonomní součástí Dánska, ale mají svůj parlament a vlajku. Obr.1 Mapa Faerských ostrovů 81

82 Cesta na Faerské ostrovy vedla přes Děčín, Hamburk (návštěva hvězdárny a přístavu) do přístavu Hirtshals v severním Dánsku. Dále se pokračovalo trajektem do přístavu hlavního města Faerských ostrovů Tórshavn. Polární záře je světelný úkaz, který vzniká v okolí pólů při interakci částic slunečního větru se zemskou atmosférou. V obdobích zvýšené sluneční aktivity jsou polární záře častější a intenzivnější. Na Slunci dochází k vysoce energetickým jevům jako je erupce nebo výron koronální hmoty (CME). Tyto jevy zvyšují intenzitu a rychlost slunečního větru, takže částice překonají vzdálenost Slunce-Země za dva až tři dny. Když CME zasáhne Zemi, většina částic je odražena magnetickým polem Země, malá část částic proniká do atmosféry v okolí magnetických pólů. Při interakci částic dochází v horní atmosféře k excitaci atomů kyslíku a molekul dusíku, přesun do vyšší energetické hladiny. Před přechodem do původního stavu dojde k emisi energie v podobě světla, toto světlo je pak vnímáno jako polární záře. Naše výprava měla možnost pozorovat dne , ve večerních hodinách, rozsáhlou polární záři nad Faerskými ostrovy v přístavu hlavního města Tórshavn. Záře poměrně rychle měnila tvar, tvořila vlny za vzniku vertikálních struktur podobných světelným záclonám, občas pokrývala velkou část oblohy převážně od severu po zenit a jih. Její poloha v nadhlavníku byla překvapivá. V důsledku silné sluneční erupce 15.3., byla tato polární záře viditelná nejen v severních oblastech, ale i v našich zeměpisných šířkách. Obr.2 Polární záře nad Faerskými ostrovy 82

83 Obr.3 Polární záře fotografovaná z lodi v přístavu Tórshavn Obr.4 Rozsáhlá polární záře od zenitu až k obzoru 83

84 Naše výprava mířila na Faerské ostrovy primárně za úplným zatměním Slunce i když vyhlídka počasí dávala poměrně malou šanci na úspěšné pozorování jevu, což se nakonec potvrdilo. Oblačnost pokrývala celé ostrovy. Určitá šance byla na moři, ale zůstala vzhledem k rozhodnutí kapitána lodi nevyužita. Pozorování a fotografování rozsáhlé polární záře se tak stalo hlavní náplní a účelem expedice na Faerské ostrovy. Obr.5 Diamantový prsten a částečná fáze po 3. kontaktu, úprava 1. fotky Petr Horálek Literatura: Encyklopédia Astronómie (1987), Obzor, Bratislava

85 METODIKA HODNOCENÍ BIOMETEOROLOGICKÉ ZÁTĚŽE Martin Novák ČHMÚ, pobočka Ústí n.l., PS 2, Kočkovská 18, Ústí n.l.-kočkov, Pro verifikaci modelu biometeorologické předpovědi (BMP) je nutné také vyhodnocení modelové biometeorologické zátěže vyvolané reálnými podmínkami v troposféře v daném místě (resp. oblasti) a daném časovém intervalu. Samotné vyhodnocení zátěže ale není jednoduché. Některé položky modelu BMP ČHMÚ je obtížné vyčíslit pro zvolený bod, například čas přechodu atmosférické fronty. Jiné jsou problematické pro hodnocení na větší oblasti, např. průměrné charakteristiky (typicky teplota vzduchu). Obtíže působí i hodnocení vertikálního profilu teploty vzduchu. Tento příspěvek se snaží některé problémy hodnocení modelové zátěže řešit. Klíčová slova: biometeorologie; biometeorologická předpověď; hodnocení; biotropie A METHODOLOGY OF THE BIOMETEOROLOGICAL LOAD ASSESSMENT Martin Novák CHMI, Regional branch in Ústí n.l., PO Box 2, Kočkovská 18, Ústí n.l.-kočkov, Czech Republic, novakm@chmi.cz An assessment of model biometeorological load induced by real conditions in troposphere at particular place (resp. area) and in particular time period is also needed for a verification of the bioweather forecast (BWF) model. However, the concrete assesment isn't elementary. Some model elements are difficulty quantifiable for a selected point, e.g. a time of atmospheric front passage. And other ones are problematical for an assessment for larger area, e.g. mean characteristics (typically air temperature). An evaluation of the air temperature vertical profile also causes difficulties for this. This article efforts to solute some problems of model load assessment. Key words: biometeorology; bioweather forecast; verification; biotropy Úvod Každá vydávaná předpověď by měla být verifikovaná, výjimkou není ani biometeorologická předpověď (BMP), kterou ČHMÚ vydává již od roku 1993 pro celé území České republiky podle metodiky, která během let doznala jen nepatrných změn (metodika je veřejně dostupná na Protože ale nemá BMP ČHMÚ ve své komplexnosti ve světě svým způsobem adekvátní obdobu, není ani možné převzít ze zahraničí nějakou ucelenou metodu verifikace BMP. Proto je tedy na místě zamyšlení nad tím, jakým způsobem je možné BMP (a její model) ověřovat. Materiál a metody Tento příspěvek je zamyšlením nad možnými alternativami verifikace BMP. Není tedy cílem předložit v tomto okamžiku výsledky, některé již byly publikovány v příspěvcích na konferenci v Úpici v předchozích letech (Novák, 2012; Novák, 2013). 85

86 Obr. 1: Rozdělení území České republiky na 7 oblastí, pro které je BMP ČHMÚ vydávána. V první řadě je třeba hned na začátku stanovit, která složka BMP má být v konkrétním případě verifikovaná. Zda se jedná o prvotní meteorologické vstupy, tedy správnost (úspěšnost) meteorologických vstupů při samotné tvorbě BMP. Tato problematika byla řešena například právě v Novák, Druhou možností je verifikace biometeorologické zátěže nad medicínskými daty, tedy řešení validity samotného modelu BMP. Současně je třeba stanovit, zda budeme zpracovávat data v definované oblasti (ideálně alespoň jedné ze sedmi oblastí, pro které je BMP vydávána obr. 1) nebo pro konkrétní místo. Tato volba totiž značně ovlivní zpracování meteorologických dat (a zároveň i přesnost vyjádření skutečné spočítané zátěže). Plošná data vyvolávají totiž nutnost výběru mezi extrémními hodnotami meteorologických charakteristik (maximálními, resp. minimálními hodnotami zaznamenanými v dané oblasti) nebo hodnotami na dané oblasti průměrovanými. Odpověď na toto dilema ale není triviální, rozhodovat je třeba individuálně pro každou z kvantifikovaných charakteristik (např. teploty vzduchu, vlhkost vzduchu...). Zcela jiný přístup vyžaduje vyhodnocení kvalitativních charakteristik (výskyt bouřek, nárazů větru...). Zde je třeba respektovat kritéria provozovaného modelu III-C, tedy fakt, zda je stanovena nějaká mez, například aspoň 50% území (například u výskytu bouřek). Volba metody (plošné vs. bodové) je tedy pro verifikační metody klíčová, a to nejen v případě hodnocení úspěšnosti meteorologických vstupů do BMP. Pokud totiž budeme verifikovat samotnou konstrukci modelu BMP, bude určujícím faktorem soubor zdravotnických dat, která jsou k dispozici. Kritériem přitom bude nejen druh zdravotnických dat (a tím i míra jejich ovlivnění například týdenním cyklem provozu ordinací apod.), ale také množství zdravotnických záznamů. V případě bodového hodnocení můžeme narazit na problém příliš malého statistického vzorku zdravotnických dat, což je zejména případ menších sídel či výběrových specializovaných ordinací (to se projevilo např. v Novák, Cimický, Hájková, 2009). Výsledky Jako první upřeme pozornost na verifikaci meteorologické části, tedy hodnocení úspěšnosti meteorologických vstupů do BMP. V případě bodového hodnocení je situace relativně jednoduchá. V případě, že je meteorologická stanice s dostatečně dlouhou pozorovací a měřící řadou přímo v hodnocené lokalitě, je většina charakteristik přímo k dispozici bez potřeby nějakých přepočtů apod. Přesto není ani tady situace zcela jednoduchá, zbývá totiž vyřešit vstupy, které nejsou běžně měřené nebo pozorované na stanicích v rámci staniční sítě. Jedná se konkrétně o výskyt teplotní inverze v mezní vrstvě atmosféry (tedy zhruba do výšky 1500 m), ale také o přechod atmosférických front přes dané místo (obr. 2). Zatímco atmosférické fronty (čas jejich přechodu) lze stanovit s pomocí analýz synoptických map doplněných o naměřené hodnoty některých prvků (zejména tlaku vzduchu, který ale není měřený na všech stanicích jen na letištních, případně profesionálních synoptických stanicích, tj. přibližně 30 stanicích na území České republiky ale také výraznější změny větru), existence teplotní inverze není z dat stanice jednoduše identifikovatelná. Využít lze data z aerologických stanic. Ty však jsou na našem území jen dvě (stanice ČHMÚ v Praze na Libuši, která provádí měření třikrát denně, a to v 0, 6 a 12 hodin UTC, a stanice Armády České republiky v Prostějově, kde se měří dvakrát denně, a to v 0 a 12 hodin UTC). Proto je třeba využít i některé další pomocné údaje, například vertikální pseudogradienty rekonstruované z blízkých stanic s různou nadmořskou výškou. Například v Novák, 2013 najdeme příklady bodového hodnocení hodnocení pro Prahu na základě dat ze stanice Praha Libuš. 86

87 Obr.2: Grafické srovnání statistiky přechodů atmosférických front pro Prahu a jejich předpovědi v BMP (Novák, 2013). Obr. 3: Četnosti odchylek předpovězeného a vyhodnoceného indexu biotropie pro Prahu Libuš (Novák, 2013). Obr. 2-4 jsou ukázkou praktického bodového hodnocení (vybrané výstupy z Novák, 2013). Na obr. 3 je mj. zřetelná vyšší četnost odchylek rozdílu IB BMP a IB Libuš s hodnotami +2 a -2 ve srovnání s hodnotami +1 a -1. Tato skutečnost je dána poměrně malým souladem mezi předpovězenými a vyhodnocenými přechody atmosférických front přes Prahu (obr. 2). Přechod atmosférické fronty má v BMP váhu 2, v indexu biotropie se tedy jedná právě o onen dvoubodový skok. 87

88 Obr. 4: Četnosti odchylek předpovězeného a vyhodnoceného stupně zátěže pro Prahu Libuš (Novák, 2013). V případě plošného hodnocení úspěšnosti předpovědi meteorologických vstupů do BMP je postup závislý na volbě oblasti. Pokud zvolíme oblast shodnou s jednou z dílčích oblastí samotné BMP (obr. 1), je situace jednodušší, ale také ne bez komplikací. Nejprve je totiž třeba provést diskusi výběru stanic v hodnocené oblasti, a to v závislosti na charakteristice terénu oblasti a rozložení stanic (jejich nadmořských výšek) tak, aby použitý výběr reprezentoval danou oblast (aby nedominoval jen úzký výběr nadmořských výšek nebo účelu stanice). Obecně je třeba použít stanice pouze v nadmořských výškách do 600 m n.m. Ze stanic finálního výběru pak je možné hodnotit teplotní, vlhkostní a/nebo větrné charakteristiky, stejně tak lze vyhodnotit i plošnou charakteristiku výskytu jevu zařazeného do BMP (nárazy větru, ale hlavně výskyt bouřek). U bouřek ale nemusí být hodnocení podle záznamů ze stanic, protože většina jich patří do kategorie AKS (automatická klimatická stanice), kde je pozorovatelem dobrovolník. Ten není povinen být na místě nepřetržitě po celých 24 hodin, a časová řada výskytu bouřek tak není stejně validní jako např. řada teplotní. Ani na profesionálních stanicích už dnes není (většinou) v noci lidská obsluha, takže ani zde není přehled úplný. Tento nedostatek jde odstranit rekonstrukcí časové řady s použitím informací ze sítě systému detekce blesků. 88

89 Druhou samostatnou kapitolou je hodnocení samotného modelu BMP (tedy vlastně jeho medicínské části). První rozhodnutí, které je třeba učinit před samotným hodnocením, je typ použitých informací o biometeorologické zátěži. Jednou variantou je použití dat z vydaných BMP, která jsou však ovlivněna nejen koncepcí modelu BMP, ale také přesností/nepřesností předpovídaných meteorologických vstupů. Druhou možností je použití vyhodnocené zátěže vypočítané z reálně naměřených, případně pozorovaných meteorologických charakteristik do modelu vstupujících. Dalším prvkem v rozhodovacím procesu je výběr mezi bodovým nebo plošným charakterem hodnocení modelu. Podobně jako v případě hodnocení úspěšnosti meteorologické předpovědi (předpovědi vstupů) by bylo přesnější hodnocení bodové (tedy přesněji na území tak malém, že je pro něj reprezentativní jediná meteorologická stanice přímo v daném území). Narážíme ale nejen na hustotu meteorologických stanic, ale v tomto případě i na těžko splnitelný požadavek dostatečného rozsahu zdravotnických dat z tohoto území. V případě hodnocení plošného (na větší oblasti) pak snadněji splníme nároky na rozsah zdravotnických dat, ale je třeba počítat s variabilitou skutečné zátěže v rámci studované oblasti, danou například rozdíly v extrémních teplotách, ale také výskytu/nevýskytu bouřek, které mají lokální charakter, nebo také trvání teplotních inverzí mezi údolními a vyvýšenými partiemi v oblasti. Proto je vhodné volit v případě potřeby plochy s nevýraznými výškovými rozdíly. Příkladem výstupu bodového hodnocení je obr. 5 s vazbou odchylky počtu výjezdů ZZS na indexu biotropie podle modelu IIIc BMP (na základě bodového hodnocení města Ústí nad Labem). Obr. 5: Příklad hodnocení indexu biotropie (předpovězených hodnot) a odchylky denního počtu výjezdů Zdravotnické záchranné služby Ústeckého kraje (ZZS Úkr), střediska v Ústí nad Labem (Novák, 2014). Diskuse a závěry Z výše uvedeného jasně vyplývá, že neexistuje jednoznačné pravidlo, jakou metodu hodnocení biometeorologické zátěže, případně konstrukce modelu biometeorologické předpovědi používat. Volba metody je závislá jak na hustotě meteorologické sítě (s dostatečnou šíří měření a pozorování, nelze se vázat na jedinou automatizovanou stanici, která neposkytuje dostatečné portfolio charakteristik), tak na dostatečně bohaté zdravotnické databázi. Zapomínat nelze ani na dostatečně dlouhou časovou řadu meteorologických i zdravotnických dat tak, aby nahodilé fluktuace neovlivnily výrazně výsledné hodnocení. Literatura Novák, M., Porovnání vybraných meteorologických a biometeorologických charakteristik s medicínskými daty. In: Člověk ve svém pozemském a kosmickém prostředí, Úpice, května 2012, ISBN , ss Novák M., Porovnání předpovídané zátěže se zátěží skutečnou (podle modelu III-C BMP ČHMÚ). In: Člověk ve svém pozemském a kosmickém prostředí, Úpice, května 2013, ISBN , ss Novák M., Cimický J., Hájková L Relationships between subjective sensations of patients with selected psychiatric diagnosis and weather. Bioklimatologická konference s mezinárodní účastí Sunstainable development and bioclimate, , Stará Lesná, ISBN , ss Novák M., Porovnání denních výjezdů Zdravotnické záchranné služby Ústeckého kraje a vybraných meteorologických charakteristik. In: Člověk ve svém pozemském a kosmickém prostředí, Úpice, května 2014, ISBN , ss

90 MEDICÍNSKO-METEOROLOGICKÉ PRACOVIŠTĚ OŽIVENÍ IDEY PO 25 LETECH Jaroslav Dykast 1, Martin Novák 2 1 ELLAB, Most 2 ČHMÚ, pobočka Ústí n.l., PS 2, Kočkovská 18, Ústí n.l.-kočkov, novakm@chmi.cz Na přelomu 80. a 90. let minulého století byl v rámci výzkumného úkolu vypracován projekt Medicínskometeorologického pracoviště. V rámci tohoto projektu byla navržena realizace mezioborového pracoviště, kde by společně pracovali lékaři a meteorologové. Příspěvek je zaměřen na možnosti oživení této myšlenky v současných společenských podmínkách v ČR. Klíčová slova: biometeorologie, medicínsko-meteorologické pracoviště, výzkum A MEDICAL-METEOROLOGICAL OFFICE RECOVERY OF THE IDEA AFTER 25 YEARS Jaroslav Dykast 1, Martin Novák 2 1 ELLAB, Most 2 CHMI, Regional branch in Ústí n.l., PO Box 2, Kočkovská 18, Ústí n.l.-kočkov, Czech Republic, novakm@chmi.cz A project of medical-meteorological office was developed in the frame of research project at the turn of 80's and 90's of the last century. A realisation of the interdisciplinary office, where they worked the physiciants nad the meteorologists together, was proposed in the frame of this project. Our article is focused on possibilities of recovery of this idea in the current social conditions in the Czech Republic. Key words: biometeorology, medical-meteorological office, research Úvod V roce 1991 byl řešitelským týmem ústecké pobočky ČHMÚ vedeným RNDr. Ing. Jaroslavem Dykastem, CSc. pro Ministerstvo zdravotnictví České republiky vypracován v rámci komplexního úkolu Komplexní výzkum zdraví a potřeb zdravotní péče obyvatel a další směry rozvoje zdravotní péče materiál nazvaný Projekt na zřízení medicínsko-meteorologického pracoviště ČR (Dykast et al., 1991). Český hydrometeorologický ústav ale nebyl jedinou institucí, která byla na řešení celkového projektu i jeho dílčího úkolu zainteresovaná. Mezi spolupracujícími pracovišti najdeme GFÚ CGV SAV Bratislava, GFÚ ČSAV Praha, ASÚ ČSAV Ondřejov, Hvězdárnu Úpice, FN LF Plzeň, OÚNZ Ústí nad Labem a VÚB Mariánské Lázně. Některé vyjmenované subjekty byly přejmenovány nebo reorganizovány, některé dokonce prakticky bez náhrady zcela zrušeny (VÚB Mariánské Lázně). Samotný projekt medicínsko-meteorologického pracoviště pak na ministerstvu upadl v zapomnění v ruchu startujících privatizací a reorganizací celého zdravotnického rezortu. Letos, kdy si připomínáme 25 let uběhlých od jeho dokončení (odevzdán byl oficiálně v březnu 1991, ale práce na úkolu v podstatě skončily už v roce 1990), je dobrá příležitost zamyslet se nad tím, nakolik je reálné tento projekt oživit. Základy původního projektu Projekt byl motivován zejména zvyšujícím se počtem onemocnění srdečně-cévního systému u osob středního věku, ke kterému docházelo v 80. letech minulého století. I podle tehdejších výzkumů byl prokázán vliv faktorů životního prostředí na srdečně-cévní onemocnění. Mezi tyto faktory lze rozhodně řadit nejen dlouhodobá zátěž antropogenními škodlivinami v ovzduší, ale také okamžitý stav a aperiodické změny vnějšího prostředí, tedy včetně počasí. Tyto skutečnosti vedou autory k závěru, že je aktuální uvažovat reálně o mezioborovém pracovišti, které by dokázalo poskytovat informační servis v oblasti humánní biometeorologie jak odborné obci (tedy hlavně lékařům a zdravotnickým zařízením), tak i zájemcům z řad pacientů. Realizace projektu by umožňovala také dlouhodobý kontakt s pacienty, a tím také výrazně individuálnější přístup ke stálým klientům. Projekt počítal se zaměřením na dvě základní skupiny diagnóz, a to na nemoci kardiovaskulárního systému (diagnózy podle tehdejší Mezinárodní klasifikace nemocí MKN-9, podle dnes platné klasifikace MKN- 10 se jedná o skupiny diagnóz I20 až I25), a také některé nemoci dýchacího ústrojí, často vyvolané alergickými reakcemi (diagnózy 493 až 495 podle MKN-9, dnes uváděné jako J44 až J47) (Alkaline Software, 2015 a ÚZIS ČR, 2014). Postupně se ale měla šířka záběru zvyšovat a do projektu se měly zahrnout i další nemoci, například některé psychické poruchy, onemocnění pohybového ústrojí, migrenózní stavy. 90

91 Navrhované varianty medicínsko-meteorologického pracoviště Projekt vycházel z faktu, že v Rakousku a Německu už podobná pracoviště existovala. Podobně byla organizovaná i skupina Výzkumného ústavu humánní bioklimatologie v Bratislavě. Základem je úzká spolupráce odborníků z oblasti medicíny a meteorologů (synoptiků). Vzhledem k práci s heliofyzikálními a geofyzikálními faktory bylo za účelné doplnit tento tým v budoucí verzi také o odborníka z oblasti geofyziky, případně také sluneční astronomie. Protože u nás byla poměrně velká část obyvatelstva trvale či opakovaně vystavena působení nadlimitně vysokých koncentrací antropogenních škodlivin v ovzduší, počítal projekt i s tím, že by byl později součástí pracoviště také specialista na problematiku znečištění ovzduší. V rámci projektu byly rozpracovány tři různé varianty pracoviště lišící se náročností zejména na pracovní sílu (tab. 1). První a druhá alternativa nabízela variantní podobu pracoviště bezprostředně od jeho zřízení. Třetí varianta (Alternativa III.) byla plánována jako možná forma posílení medicínsko-meteorologického pracoviště po alespoň třech letech existence pracoviště. Na jednotlivé pracovníky byla plánována pro první roky částečná pracovní kapacita (25, resp. 50% disponibilního úvazku). Tento podíl byl počítán na činnosti spojené přímo s provozem pracoviště jako poradenského centra. Zbytek úvazku by mohl být věnován buď na jiné činnosti pro zaměstnavatele, v ideálním případě ale na výzkumné činnosti, které by pomáhaly posunout kvalitu práce do budoucna. Alternativa I 91 Alternativa II 1 VŠ lékař 25 % kapacity 1 VŠ lékař kardiolog 50 % kapacity 1 VŠ meteorolog 25 % kapacity 1 VŠ lékař TRN 50 % kapacity 1 SŠ technik komunikace 100 % kapacity 1 VŠ meteorolog 100 % kapacity Alternativa III 1 SŠ technik komunikace 100 % kapacity 1 VŠ lékař kardiolog 100 % kapacity 1 VŠ lékař TRN 50 % kapacity 1 VŠ lékař alergolog/pohybové ústrojí 50 % kapacity 1 VŠ lékař neurolog/psychiatr 50 % kapacity 2 VŠ meteorolog synoptik 100 % kapacity 1 SŠ technik administrativa 100 % kapacity 1 SŠ technik komunikace 100 % kapacity Tab. 1: Alternativy obsazení medicínsko-meteorologického pracoviště (Dykast, 1991). Projekt současně počítal se zapojením předpovědních pracovišť na pobočkách ČHMÚ (dnes Regionálních předpovědních pracovišť ČHMÚ), a to pro lepší regionalizaci meteorologických vstupů do biometeorologické předpovědi obecně, případně při řešení konkrétních konzultací. Pro řešení regionálních úkolů bylo rovněž uvažováno s externím zapojením lékařů v regionech, a to prostřednictvím regionálních poboček ČHMÚ. Regionálními specialisty měli být kardiolog nebo internista, revmatolog nebo ortoped, psychiatr nebo neurolog. Organizace práce a plány komunikace s klienty ať už s odbornou zdravotnickou veřejností nebo s pacienty byly v projektu zpracovány podle soudobých možností, počítalo se primárně s telefonickou komunikací, pro šíření informací směrem k institucím (případně pro příjem dat ze zdravotnických zařízení apod.) pak s využitím dálnopisné sítě. Je zřejmé, že technická část projektu by se musela proti originálnímu návrhu výrazně přepracovat. Základy projektu v současnosti (blízké budoucnosti) Projekt medicínsko-meteorologického pracoviště jak jsme zmínili na začátku slaví čtvrt století existence, většinu ale v podobě, která už nebyla zejména ze společenských a ekonomických důvodů realizovatelná. Přesto ale stojí za pozornost, hlavně proto, že dosud nebyl odstraněn hlavní důvod vzniku projektu. Tím je současná existence meteorosenzitivních lidí a meteorotropních chorob. A zlepšené služby v oblasti biometeorologie by se mohly stát cennou součástí prevence. Výsledkem by bylo snížení nákladů na zdravotní péči, snížení nákladu v systému sociálního zabezpečení, ale hlavně vyšší kvalita života lidí. Jak by mohla vypadat nová (inovovaná) verze projektu? Samozřejmě je třeba zachovat interdisciplinární charakter pracoviště, základ zůstává logicky ve spolupráci lékařů (s různou specializací) a meteorologů. Problémem ale je realisticky navrhnout zastřešující organizaci, při které by mohlo být podobné centrum zřízené. Je zřejmé, že je pravděpodobně neprůchodná varianta, kdy by pracoviště vzniklo v rámci nějaké z institucí, která je jednoznačně zakotvena v jednom z rezortů, ať už ve zdravotnickém systému nebo v rezortu životního prostředí, v rámci kterého působí ČHMÚ. Nadějnou myšlenkou by ale mohlo být založení medicínskometeorologického pracoviště na akademické půdě. Lékařské fakulty jsou součástí univerzit, na kterých působí i

92 fakulty přírodovědecké nebo (jako je tomu v případě Univerzity Karlovy) dokonce matematicko-fyzikální s výukou meteorologie a klimatologie. Proto se nám zdá být přirozené usilovat právě v univerzitním prostředí o podporu takového projektu. Odborníci pracující v rámci projektu by se mohli postupně zapojovat i do pedagogické činnosti a zaplnit tak mezeru ve vzdělávacím systému, kde je humánní biometeorologie a bioklimatologie zastoupena jen velmi okrajově. Medicínsko-meteorologické centrum by bylo zákonitě odkázáno na práci s daty, a to nejen sadou historických údajů pro výzkumnou práci, ale také nepřetržitým tokem operativních dat ze zdravotnictví i ze sítě meteorologických stanic. Proto by bylo vhodné, aby se spoluzakladatelem pracoviště stali i správci sítí a databází, tedy například Ústav zdravotnických informací a statistiky ČR (ÚZIS) a ČHMÚ. Druhou variantou je navázání smluvních vztahů s těmito institucemi, které by pomohlo minimalizovat náklady na pořízení datové základny. Samotnou základní verzi biometeorologické předpovědi by přitom mohl nadále vydávat ČHMÚ, pracoviště by pak nad ní vytvářelo rozšířené produkty. V případě zřízení interdisciplinárního centra na akademické půdě je možné počítat i s fyzickou existencí takového pracoviště, tedy s využitím samostatných prostor vyhrazených pro tuto činnost. Tato varianta má výhodu stálého zázemí pro výzkumné práce i většího ztotožnění se zúčastněných odborníků se samotným projektem. Další variantou je pracoviště virtuální, kdy zúčastněné instituce vkládají do projektu zejména pracovní kapacitu svých odborníků, kteří jinak zůstávají jejich kmenovými zaměstnanci, využívají výpočetní i komunikační techniku na svých pracovištích a koordinují spolu činnosti prostřednictvím sítí. Technik obsluhující ústřednu virtuálního centra pak přepojuje hovory či přesměrovává mailovou nebo jinou elektronickou komunikaci příslušnému odborníkovi podle charakteru dotazu, připomínky. Virtuální centrum sice výrazně snižuje provozní náklady samotného centra, ale výrazně ztěžuje jeho výzkumnou činnost. Druhou nevýhodou je minimalizace osobního kontaktu a výměny zkušeností mezi pracovníky, kteří by se na chodu pracoviště podíleli. Proto hodnotíme tuto možnost jako provizorní, možnou na samém startu projektu. Aby bylo centrum perspektivní, muselo by přejít postupně z virtuálního na reálné pracoviště. Diskuse a závěry Jak už bylo naznačeno, od doby vzniku projektu se změnily nejen technické, ale také mnohé faktory společenské; reorganizací prošlo zdravotnictví, systém zdravotního pojištění, systém fakultních nemocnic, financování resortů, ale také možnosti financování meziresortních pracovišť a organizací. Z tohoto hlediska se dnes jeví jako nejlepší varianta zřízení centra v rámci akademické instituce, která je sama ze své povahy multidisciplinární. Na tomto základě by bylo možné provozovat běžnou práci centra (biometeorologické poradenství), ale také plnit výzkumnou a pedagogickou roli. Výzkumná činnost by mohla být do jisté míry finančně saturována účastí na grantových programech, ať už samostatně nebo ve spolupráci s jinými institucemi z oblasti zdravotnictví, meteorologie nebo fyziky atmosféry. Finanční stránka projektu je, samozřejmě, klíčová, a to jak pro jeho realizaci, tak i perspektivu systematické činnosti. Proto je důležité si uvědomit, že po zapracování se a získání kreditu zejména v odborné obci je možné počítat nejen s výdaji, ale také s příjmy generovanými tímto pracovištěm. Proto, aby bylo komerčně úspěšné, je ale třeba jít cestou moderních komunikací s klienty, ať odbornými nebo z řad pacientů. Proto musí být projekt posílen o složku výpočetní techniky a komunikace. Kromě možnosti virtuálního rozšíření o externí spolupracovníky by bylo účelné využívat moderní techniku i v oblastech sociálních sítí, mobilních aplikací, grafických prezentací. V případě akademické půdy jako zřizovatele pracoviště by mohlo být účelné využití studentů právě v této sféře. A na závěr zdánlivá maličkost - současné medicínsko-meteorologické pracoviště by muselo být pravděpodobně přejmenované. V dnešní době musí každý projekt mít chce-li být úspěšný také moderní název. Jako pracovní verzi je možné zvolit například název Centrum humánní biometeorologie. Pokud se podaří projekt přenést do reálií 21. století, tedy ho výrazně modernizovat, mohl by se stát jak pro společnost, pro zdravotnictví, pro pacienty, tak pro samotnou českou humánní biometeorologii a bioklimatologii důležitým mezníkem. Literatura Dykast, J. et al., Projekt na zřízení medicínsko-meteorologického pracoviště ČR. (Zpracováno pro MZ ČR). ČHMÚ, Ústí n.l., 26 stran. Alkaline Software, ICD9data.com [online] [cit ]. < ÚZIS ČR, Mezinárodní statistická klasifikace nemocí a přidružených zdravotních problémů [online] [cit ]. < 92

93 Vliv horkých a studených vln na kardiovaskulární úmrtnost a nemocnost v České republice, Hana Hanzlíková (1,2), Jan Kyselý (1), Eva Plavcová (1), Bohumír Kříž (3,4), Jan Kynčl (3,4) (1) Ústav fyziky atmosféry AV ČR, v.v.i., Praha (2) Geofyzikální ústav AV ČR, v.v.i., Praha (3) Státní zdravotní ústav, Praha (4) 3. lékařská fakulta UK, Praha Zvýšená úmrtnost představuje jeden z hlavních důsledků extrémních teplot vzduchu na lidskou populaci. Nárůsty kardiovaskulární úmrtnosti v období horkých vln byly zaznamenány v mnoha evropských zemích, méně je však známé, která kardiovaskulární onemocnění jsou v období horkých vln ovlivněna nejvíce a zda se vliv horkých vln projevuje i v případě nemocnosti (hospitalizací). Méně zřejmý je také dopad chladných období na úmrtnost a nemocnost v zimních měsících, kdy jsou vztahy mezi počasím a lidským zdravím komplexnější, méně přímé a zkreslené dalšími faktory, jako jsou epidemie chřipky a akutních respiračních onemocnění. Předkládaná studie se zabývá analýzou vlivu horkých a studených vln na kardiovaskulární onemocnění (CVD) v populaci České republiky, se zaměřením na ischemickou chorobu srdeční (IHD) a cerebrovaskulární onemocnění (CD). Data byla získána z národních registrů úmrtnosti a nemocnosti, zahrnujících celou populaci České republiky, a standardizována pro odstranění vlivu dlouhodobých trendů a sezónních a týdenních cyklů. Období výskytu epidemií chřipky a akutních respiračních onemocnění byla z analýzy vyloučena. Definice horkých a studených vln jsou založeny na kvantilech denních průměrných teplotních anomálií. Dopad období nízkých teplot vzduchu na úmrtnost populace České republiky je přinejmenším srovnatelný s účinkem horkých vln. Kvůli nepřímému vlivu studených vln byl jejich celkový dopad na kardiovaskulární úmrtnost větší v porovnání s obdobím horkých vln, i přes nižší nárůst počtu úmrtí v jednotlivých dnech studené vlny. Nepříznivý vliv horkých vln na zdravotní stav byl nejvýraznější v ženské populaci a citlivost k vysokým teplotám vzduchu narůstala se zvyšujícím se věkem. V období studených vln byl naopak relativní nárůst úmrtnosti nejvyšší v populaci středního věku (25 59 let) a vliv chladu na úmrtnost v této věkové skupině byl pozorován pouze u mužů. Rozdílný vliv horkých a studených vln na úmrtnost na akutní infarkt myokardu a chronickou IHD ukazuje, že zatímco zvýšení úmrtnosti na IHD v období horkých vln se týká převážně osob starších a chronicky nemocných, jejichž zdravotní stav byl zhoršen již před nástupem horkého období, fyziologické změny vyvolané chladovým stresem vedou spíše k akutnímu infarktu myokardu a vliv chladu je významný i v mladší populaci. Srovnání vlivu horkých vln na úmrtnost a nemocnost ukázalo, že zvýšená kardiovaskulární úmrtnost v obdobích horkých vln nebyla doprovázena obdobným nárůstem počtu hospitalizací a začátek horké vlny byl spojen s poklesem počtu hospitalizací na IHD u starší populace. Výsledky lze interpretovat tak, že zvýšená úmrtnost na CVD v horkých obdobích je dána převážně úmrtími mimo nemocnici a v případě úmrtí v nemocnicích je CVD spíše sekundární diagnózou než hlavním onemocněním zodpovědným za hospitalizaci. Hot and cold spell effects on cardiovascular mortality and hospital admissions in the Czech Republic, Epidemiological research has shown that both high and low temperature extremes are associated with increases in cardiovascular mortality, but much less is known about which particular cardiovascular disorders are most affected by extreme temperatures and whether similar patterns occur for morbidity (hospital admissions). The present study examines the effects of hot and cold spells on mortality and hospital admissions for cardiovascular disease (CVD) in the population of the Czech Republic and focuses on ischaemic heart disease (IHD) and cerebrovascular disease (CD). Daily mortality and morbidity data were obtained from the national mortality and hospitalisation registers and standardised to account for long-term changes, as well as short-term variations reflecting annual and weekly cycles. Periods when the mortality/morbidity data were affected by epidemics of influenza and other acute respiratory infections were removed from the analysis. We use analogous definitions for hot and cold spells based on quantiles of daily average temperature anomalies, which allows for a comparison of the findings for summer hot spells and winter cold spells. The mortality effects of cold spells were of at least similar importance as were those of hot spells in the Czech population. Due to lagged effects, the magnitude of the overall impacts on CVD mortality was larger for cold spells than it was for hot spells in spite of a much smaller peak of excess deaths. The adverse health effects of hot spells were much more pronounced in women than they were in men and the magnitude of the effects increased with age. For cold spells, by contrast, relative excess CVD mortality was largest in the middle-aged population (25 59 years) and pronounced mortality effects in this age group were related to males only. Different patterns in the effects of hot and cold spells on acute myocardial infarction and chronic IHD mortality suggest that excess deaths from IHD during hot spells occurred particularly among people with histories of chronic diseases whose health had already been compromised, while cardiovascular changes induced by cold stress may have resulted in deaths from acute coronary events rather than chronic IHD. A comparison of 93

94 mortality and morbidity impacts of hot spells revealed that excess mortality for IHD and CD during hot spells was not accompanied by increases in hospital admissions and below-expected levels of morbidity prevailed, particularly for IHD in the elderly. This suggests that out-of-hospital deaths represented a major part of excess CVD mortality during heat and that for in-hospital excess deaths CVD was a masked comorbid condition rather than the primary diagnosis responsible for hospitalisation. prezentace 94

95 Kvalita ovzduší ČR v posledním zpracovaném roce 2013 Jan Sládeček Český hydrometeorologický ústav - Informační systém kvality ovzduší Za výchozí rok pro hodnocení kvality ovzduší byl zvolen rok 2013, pro který jsou k dispozici kompletně vyhodnocená data. Zpracování dat za rok 2014 bude ukončeno až ve 3. čtvrtletí Největší znečištění ovzduší s překročením imisních limitů přetrvává na Ostravsku a Karvinsku, jedná se především o suspendované částice frakce PM 10 a PM 2,5 a v částicích obsažený benzo(a)pyren. Zhoršená kvalita ovzduší je problémem aglomerací, větších měst, ale i malých sídel, kde znečištění ovzduší suspendovanými částicemi a benzo(a)pyrenem pochází z lokálního vytápění. Pramen: ČHMÚ (2014) Znečištění ovzduší na území České republiky v roce 2013, ČHMÚ, Praha Air Quality in the Czech Republic in the last evaluated year 2013 Jan Sladecek Czech Hydrometeorological Institute - Air Quality Information System The year 2013 was selected as initial for air quality assessment. In this year are to available fully evaluate data. The processing of data 2014 end in third quarter 2015 The highest air pollution persists on Ostravsko and Karvinsko with the exceedance of limits values. The type of air pollution is mainly suspended particles of PM 10 and PM 2,5 fraction and benzo(a)pyrene contained in particles. The deteriorated ambient air quality is a problem in the agglomeration and lager cities but also in small settlements, were air pollution caused by suspended particles and benzo(a)pyrene comes from the sources of local heating. Source: CHMI (2014) Air Pollution in the Czech Republic in 2013, CHMI, Prague Kvalita ovzduší ČR se hodnotí v ČHMÚ prostřednictvím tabelární a grafické ročenky za uplynulý rok. Tabelární (datová, numerická) ročenka je vydávána na CD pod názvem: Znečištění ovzduší a atmosférická depozice, Česká republika, rok. Grafická ročenka vychází i knižně, poslední dostupná byla vydána pod názvem "Znečištění ovzduší na území ČR v roce 2013". Obě ročenky a další informace o kvalitě ovzduší ČR jsou k dispozici na webových stránkách ČHMÚ: nebo Jako výchozí rok byl pro hodnocení kvality ovzduší zvolen rok 2013, pro který jsou k dispozici kompletně vyhodnocená data. Zpracování dat za rok 2014 bude ukončeno až ve 3. čtvrtletí Největší znečištění ovzduší s překročením imisních limitů přetrvává na Ostravsku a Karvinsku, jedná se především o suspendované částice frakce PM 10 a PM 2,5 a v částicích obsažený benzo[a]pyren. Zhoršená kvalita ovzduší je problémem aglomerací, větších měst, ale i malých sídel, kde znečištění ovzduší suspendovanými částicemi a benzo[a]pyrenem pochází z lokálního vytápění [1]. 95

96 Tab. 1 Příloha č. 1 k zákonu č. 201/2012 Sb. [2] Imisní limity a povolený počet jejich překročení za kalendářní rok Imisní limity vyhlášené pro ochranu zdraví lidí a maximální počet jejich překročení Znečišťující látka Doba průměrování Oxid siřičitý 1 hodina 350 µg.m Oxid siřičitý 24 hodin 125 µg.m -3 3 Oxid dusičitý 1 hodina 200 µg.m Oxid dusičitý 1 kalendářní rok 40 µg.m -3 0 Oxid uhelnatý maximální denní osmihodinový průměr 1) 10 mg.m -3 0 Benzen 1 kalendářní rok 5 µg.m -3 0 Částice PM hodin 50 µg.m ČásticePM 10 1 kalendářní rok 40 µg.m -3 0 Částice PM 2,5 1 kalendářní rok 25 µg.m -3 0 Olovo 1 kalendářní rok 0,5 µg.m -3 0 Imisní limit Maximální počet překročení Poznámka: 1 ) Maximální denní osmihodinová průměrná koncentrace se stanoví posouzením osmihodinových klouzavých průměrů počítaných z hodinových údajů a aktualizovaných každou hodinu. Každý osmihodinový průměr se přiřadí ke dni, ve kterém končí, to jest první výpočet je proveden z hodinových koncentrací během periody 17:00 předešlého dne a 01:00 daného dne. Poslední výpočet pro daný den se provede pro periodu od 16:00 do 24:00 hodin. Imisní limity pro celkový obsah znečišťující látky v částicích PM 10 vyhlášené pro ochranu zdraví lidí Znečišťující látka Doba průměrování Imisní limit Arsen 1 kalendářní rok 6 ng.m -3 Kadmium 1 kalendářní rok 5 ng.m -3 Nikl 1 kalendářní rok 20 ng.m -3 Benzo(a)pyren 1 kalendářní rok 1 ng.m -3 Imisní limity pro troposférický ozon Účel vyhlášení Doba průměrování Imisní limit Maximální počet překročení Ochrana zdraví lidí max.denní 8h průměr 120 µg.m Plnění imisního lim. 1. Suspendované částice Průměr za 3 kalend. roky Znečištění ovzduší suspendovanými částicemi frakce PM 10 a PM 2,5 je jedním z hlavních problémů, které je třeba řešit v rámci zlepšení kvality ovzduší ČR. Překračování imisního limitu těchto látek se významným způsobem podílí na zařazení obcí mezi oblasti s překročenými imisními limity. Nejvíce zatíženou souvislou oblastí s překračováním imisních limitů byla, stejně jako v předešlých letech, aglomerace O/K/F-M (okresy Ostrava-město, Karviná a Frýdek-Místek) [1]. 96

97 97

98 2. Benzo[a] pyren Znečištění ovzduší benzo[a]pyrenem patří k hlavním problémům zajištění kvality ovzduší v ČR. Řada měst a obcí byla vyhodnocena, stejně jako v předchozích letech, jako území s překročeným imisním limitem. V roce 2013 byl imisní limit překročen na 17,4 % plochy území ČR (v roce 2012 na 26,5 % plochy území ČR). Procento obyvatel, které bylo v roce 2013 vystaveno nadlimitní koncentraci benzo[a]pyrenu, je odhadováno na 54,5 % (v roce 2012 přibližně 66,3 %) [1]. 3. Oxid dusičitý K překročení ročního imisního limitu NO 2 dochází pouze na omezeném počtu stanic, a to na dopravně exponovaných lokalitách aglomerací a velkých měst. Všechny čtyři stanice, kde bylo zaznamenáno překročení 98

99 limitu, jsou klasifikovány jako dopravní městské. Lze předpokládat, že k překročení limitu může docházet i na dalších dopravně exponovaných místech, kde není prováděno měření [1]. Literatura: [1] ČHMÚ (2014) Znečištění ovzduší na území České republiky v roce 2013, ČHMÚ, Praha [2] Zákon o ovzduší č. 201/2012 Sb., o ochraně ovzduší. Sbírka zákonů , ISSN

100 ZAČÍNAJÍ KVÉST LÍSKA, OLŠE, BŘÍZA ŠÍŘÍCÍ VÝZNAMNÉ PYLOVÉ ALERGENY DŘÍVE? ANEB VYHODNOCENÍ DLOUHÝCH FENOLOGICKÝCH ŘAD Lenka Hájková 1) Věra Kožnarová 2) 1) Český hydrometeorologický ústav, oddělení biometeorologických aplikací, Na Šabatce 17, Praha 4 - Komořany, 2) Česká zemědělská univerzita v Praze, Katedra agroekologie a biometeorologie, FAPPZ, Kamýcká 129, Praha 6 - Suchdol Abstrakt Pylová alergie (polinóza) je známá již po staletí, až do poloviny 20. století se jednalo o velmi vzácné onemocnění. Teprve v poslední době dochází k jejímu velmi rychlému nárůstu. V současné době se prevalence polinózy v jednotlivých státech udává v rozmezí od 1 do 40 %. Fenologická pozorování zaměřená na sledování reakcí rostlinných druhů na povětrnostní podmínky jsou vhodným prostředkem pro ekologický výzkum související s predikovanými klimatickými změnami a jejich vlivem na šíření alergenů. Ve střední zeměpisné šířce je totiž nástup jarních fenologických fází (jako je rašení, olisťování a kvetení) podmíněn zejména teplotou vzduchu, což dokládá řada fenologických studií. Český hydrometeorologický ústav spravuje síť fenologických stanic v rámci České republiky a do své správy převzal i historická fenologická data od roku V příspěvku byla vyhodnocena dlouhodobá fenologická řada fenofáze počátku kvetení u rostlinných druhů líska obecná (Corylus avellana), olše lepkavá (Alnus glutinosa) a bříza bělokorá (Betula pendula) za období 1923 až 2014 doplněná o hodnocení počasí. Vstupní data pocházejí z fenologických stanic Hodonín (48 51 v. d., s. š., 162 m n. m.) a Lednice (48 48 v. d., s. š., 165 m n. m.). Dále byly vyhodnoceny četnosti synoptických situací ovlivňující počasí nad střední Evropou v den nástupu fenofáze za období Klíčová slova: alergie, fenologická fáze, počátek kvetení, líska obecná, olše lepkavá, bříza bělokorá, teplota, synoptická situace Summary Pollen allergy (pollinosis) has been known for centuries, it was a very rare disease until the mid-20th century. It has been increased in recent years very fast. Currently, the prevalence of pollinosis in individual states reportedly ranges from 1-40%. Phenology is an important tool for ecological research, the phenological observations can determine the response of plant species on regional weather conditions and climate change. In the mid-latitudes depends the onset of spring phenological phases such as sprouting, leafing and flowering on air temperature and many phenological studies have reported this fact. The Czech Hydrometeorological Institute manages a network of phenological stations in the Czech Republic and took also over historical phenological data since the year In this paper were evaluated long-term phenological series of beginning of flowering of these species: common hazel (Corylus avellana), common alder (Alnus glutinosa) and white birch (Betula pendula) in the period , including weather conditions in the locality. Input phenological data come from Hodonín station (48 51 N, E, 162 m above sea level) and Lednice station (48 48 N, E, 165 m asl), meteorological data were compiled from meteorological station in Lednice (48 47 N, E, 177 m asl). Subsequently were also analyzed the frequency of synoptic situations on the day of beginning of flowering in the period Keywords: allergy, phenological phase, beginning of flowering, hazel, alder, birch, temperature, synoptic situation Úvod Pojem alergie zavedl do medicíny v roce 1905 vídeňský dětský lékař Clemens von Pirquet. Alergie z řeckého allos-ergon = reaguje jinak vyjadřuje odlišnou schopnost reakce organismu, pohotovost k přecitlivělé reakci na určité látky (Rybníček, 2002). Původ alergenů je různý, většinou se jedná o běžné látky a živočichy (např. pyl, prach, hmyz, roztoči, plísně, potraviny, kovy a léky) nacházející se v našem prostředí. V posledních třech desetiletích došlo ke 3 4 násobnému nárůstu alergických onemocnění, hlavně toho nezávažnějšího průduškového astmatu. Odhaduje se, že v České republice je kolem 2 miliónů alergiků (0,5 0,7 miliónů astmatiků). Dochází ke snižování věkové hranice prvních projevů alergie již do kojeneckého a batolecího věku. Alergická onemocnění se stávají velice závažným zdravotnickým i společenským problémem (Bystroň, 2001). 100

101 Mezi sezónní alergie patří polinóza (pylová), která je známá již po staletí; až do poloviny 20. století se však jednalo o velmi vzácné onemocnění. Teprve později dochází z dosud ne zcela vyjasněných příčin k velmi rychlému nárůstu. V současné době se prevalence polinózy v jednotlivých státech udává v rozmezí od 1 do 40 %. Nejnižší prevalence pylové alergie je u dětí do 5 let věku, poté prudce stoupá, maxima dosahuje v adolescenci a časné dospělosti a dále opět postupně klesá (Rybníček, 2002). Příčinou obtíží jsou pylová zrnka, která se zvláště za suchého, slunného a větrného počasí uvolňují z prašníků rostlin a roznášejí se převážně větrem, v menší míře i hmyzem nebo dalšími mechanismy. Množství pylů ve vzduchu je kolísavé a záleží na síle a směru větru, na intenzitě slunečního záření, teplotě a vlhkosti vzduchu. To vše ovlivňuje rychlost zrání a rozšiřování pylů, jejich koncentraci v ovzduší a transport (někdy až stovky kilometrů). Spad pylů v některých lesnatých oblastech severní Evropy činí až tun v jedné sezóně (Vega, 2005). Ve městech je výskyt polinózy vyšší než ve vesnicích (Rybníček, 2002). K vyvolání klinických projevů polinózy stačí podle stupně vnímavosti pacienta někdy 3 až 5, průměrně však 40 až 50 pylových zrn. Na sliznici spojivek nebo dýchacích cest pylové zrnko nabobtná a během 5 minut praskne. Na vzniku alergie se podílejí jednotlivé alergeny, kterých má každé zrno mnoho druhů. Existuje mezi nimi zkřížená reaktivita, proto mohou vzniknout klinické projevy nemoci i po prvním styku s cizokrajnou nebo pacientovi dosud neznámou rostlinou. Přestože procento postižených pylovou alergií je relativně velké, většina lidí jeví přirozenou toleranci a i po masivním kontaktu s nimi neonemocní. Z toho vyplývá, že na vzniku nemoci se podílejí i další důležité faktory, jako je např. dědičnost, změny nervového systému, abnormality hormonální, cévní a kožní (Vega, 2005). V Evropě trpí 15 až 20 % alergiků těžkou formou alergické rýmy, která má nepříznivý dopad na jejich každodenní život. Toto onemocnění může být doprovázeno dalšími zdravotními komplikacemi, jako je spánková apnoe, sinusitida a ušní infekce a může mít negativní vliv na kvalitu spánku, vykonávání každodenních aktivit, koncentraci, produktivitu práce a celkovou pohodu. U dětí a dospívajících může sezónní alergie významně ovlivnit schopnost učení. Uvádí se, že téměř pro dvě třetiny pacientů trpících alergií na pyl stromů představuje jejich onemocnění skutečný handicap v každodenním životě, protože i když trvají příznaky omezenou dobu, mohou vyvolávat vážné obtíže (Anonym2, 2015). Pro potřeby pacientů, lékařů a dalších zájemců jsou připravovány aktuální informace o pylové depozici, které jsou umístěny na stránkách Pylové informační služby. Obecně platné poznatky o obvyklém období výskytu pylů jednotlivých rostlinných druhů poskytují tzv. pylové kalendáře (Anonym3, 2015). Odlišné meteorologické podmínky v jednotlivých letech, jsou jednou z hlavních příčin časových výkyvů v zahájení a průběhu pylové sezóny. Pyly dřevin dominují v jarním období, v létě pyly travin a na podzim pyly bylinných plevelů. Předložený příspěvek se zabývá detailní analýzou fenologických pozorování alergologicky významných dřevin lísky, olše a břízy, tj. sledováním časového nástupu každoročně se opakujících vývojových (fenologických) fází rostlin. Mezi vývojové fáze patří například rašení, růst prvních listů, počátek a konec kvetení a další etapy vývoje rostlin, které jsou závislé na počasí, stanovišti a rostlinném druhu (Hájková et al., 2012). Komplexním posouzením fenologie planě rostoucích rostlin a divoce žijících živočichů se v rámci Evropy zabývá mnoho autorů (Škvareninová, 2013, Možný et al., 2013, Bauer et al., 2014). V některých je analyzován i vztah mezi měnící se teplotou vzduchu a rozdíly v nástupech fenologických fází (např. Chmielewski a Rötzer, 2002, Hájková et al., 2013). Ukazuje se, že fenologická pozorování zaměřená na sledování reakcí rostlinných druhů na povětrnostní podmínky jsou vhodným prostředkem pro ekologický výzkum související s predikované klimatické změny (Sparks a Menzel, 2002, Walther, 2004). Nástup a trvání fenofází v jednotlivých letech ve vztahu k počasí je obvykle vyjádřených pomocí teplotních a srážkových charakteristik. Povětrnostní podmínky hodnoceného období lze však také charakterizovat pomocí synoptické situace, která zahrnuje všechny meteorologické prvky a často i jejich vzájemné vazby. Situace je určena rozložením vzduchových hmot, atmosférických front, cyklón, anticyklón a jiných synoptických objektů nad určitou geografickou oblastí. Z praktických důvodů se provádí typizace povětrnostních situací, která je pro podmínky ČR zpracována se zvláštním zřetelem k tlakovému poli nad střední Evropou. Situace jsou vyjádřeny na denních synoptických mapách a charakterizovány v Katalogu povětrnostních situací jako typ a označeny pomocí zkratek uvedených v tab. 1 (Křivancová a Vavruška, 1997). Pro území ČR se pravidelně od roku 1946 sestavuje Kalendář povětrnostních situací, který je pravidelnou součástí časopisu Meteorologické zprávy, od roku 2002 jej lze nalézt i na stránkách ČHMÚ (Racko, 2015). Tab. 1 Typy synoptických situací A anticyklóna nad střední Evropou NWa severozápadní anticyklonální situace Ap1 putující anticyklóna od SW k NE NWc severozápadní cyklonální situace Ap2 putující anticyklóna od W k E Sa jižní anticyklonální situace Ap3 putující anticyklóna od NW k SE SEa jihovýchodní anticyklonální oblast Ap4 putující anticyklóna od N k S SEc jihovýchodní cyklonální situace B brázda nízkého tlaku nad stř. Evropou SWa jihozápadní anticyklonální situace Bp brázda postupující přes střední Evropu SWc1 jihozápadní cyklonální situace č. 1 C cyklóna nad střední Evropou SWc2 jihozápadní cyklonální situace č

102 Cv výšková cyklóna SWc3 jihozápadní cyklonální situace č. 3 Ea východní anticyklonální situace Vfz vchod frontální zóny Ec východní cyklonální situace Wa západní anticyklonální situace Nc severní cyklonální situace Wal západní anticyklonální situace letního typu NEa severovýchodní anticyklonální situace Wc západní cyklonální situace NEc severovýchodní cyklonální situace Wcs západní cykl. situace s jižní dráhou Materiál a metodika Pro analýzu změny nástupu fenologických fází byly zvoleny tři druhy šířící významné pylové alergeny. Líska obecná (Corylus avellana) patří do čeledi lískovité (Corylaceae), jedná se o jednodomou rostlinu, která je skromná v požadavcích na půdu a vláhu a vyhledává polohy s jižní expozicí. Její pylová zrna jsou trojboká, zploštělá o velikosti 20 až 27 µm, hladká, nelepivá, přenášena větrem. Olše lepkavá (Alnus glutinosa) patří do čeledi břízovité (Betulaceae), je jednodomou dřevinou, vyskytující se na vlhkých stanovištích s dobře přístupnou podzemní vodou jako jsou lužní lesy, v blízkosti řek a menších toků, v mokřinách. Pylová zrna jsou oválná a zploštělá o velikosti 20 až 26 µm a šíří se větrem. Obr. 1 Líska obecná (Corylus avellana): habitus, květenství, pyl Obr. 2 Olše lepkavá (Alnus glutinosa): habitus, květenství, pyl Obr. 3 Bříza bělokorá (Betula pendula): habitus, květenství, pyl Bříza bělokorá (Betula pendula) patří do čeledi břízovité (Betulaceae), jedná se o jednodomou dřevinu, která se nachází jako příměs ve všech typech lesních porostů, na rašelinných stanovištích, výsypkách, navážkách, kde je dominantním druhem. Pylová zrna jsou hladká, oválná až sférická, o velikosti 20 až 30 µm, hladká a jsou přenášena větrem. U vybraných druhů byla sledována fenologická fáze počátek kvetení 10 % (PK 10 %), tj. jehnědy jsou rozvolněné, prašníky jsou viditelné, alespoň některé z nich se právě otevírají a uvolňují pyl. Úroveň 10 % znamená, že 10 % květů na rostlině odpovídá popisu. Plošné vyjádření nástupu fenofáze na území ČR prezentují mapy vytvořené z dat z období Struktura současné fenologické sítě ČHMÚ je na obr

103 Obr. 4 Fenologická sítě ČHMÚ (leden 2013) Pro detailní popis jsme zvolili dvě lokality: stanici Hodonín (164 m n. m., v. d., s. š), která byla založena v roce 1924 jako stanice tzv. všeobecné fenologie a kde byly sledovány vybrané polní plodiny, ovocné dřeviny, lesní rostliny, počátek a konec polních prací. V roce 1991 byla v rámci restrukturalizace fenologické sítě ČHMÚ pozorování z této stanice nahrazena stanicí Lednice (165 m n. m., v. d., s. š). V současné době jsou zde sledovány fenofáze pouze u lesních rostlin. Klimatologická data (teplota vzduchu a půdy) pochází z meteorologické stanice Lednice (177 m n. m., v. d., s. š.), která byla založena již jako součást Vyšší ovocnicko-vinařské a zahradnické školy. Později přešla pod správu ČHMÚ a s krátkými přerušeními funguje dosud. Jedná se o automatickou meteorologickou stanici 2. typu (AKS2). Její základní klimatologické charakteristiky jsou uvedeny na obr. 5. Všechny použité stanice se nacházejí v Jihomoravském kraji, v povodí řeky Dyje, v klimatické oblasti A2 (teplá, suchá, s mírnou zimou a kratším slunečním svitem). Obr. 5 Klimatologické charakteristiky stanice Lednice Vysvětlivky: červená linie: t = průměrná měsíční teplota vzduchu ( C); zelené sloupce: r = průměrný měsíční úhrn srážek (mm); nahoře: trok = průměrná roční teplota ( C); rrok = průměrný roční úhrn srážek (mm); vlevo: abs tmax = absolutní maximum teploty; tmax VII. = průměrná měsíční teplota nejteplejšího měsíce; tmin I. = průměrná měsíční teplota nejchladnějšího měsíce; abs tmin = absolutní minimum teploty; dole: tmin XII. II. < 0,0 C = měsíce s průměrným minimem teploty < 0,0 C; abs tmin IX. VI. < 0,0 C = měsíce s absolutním minimem teploty < 0,0 C; vpravo: abs rmax = absolutní maximum denního úhrnu srážek; žlutý čtverec: tmin > 0,0 C = průměrný počet dnů s teplotou > 0,0 C; zelený čtverec: r 0,1 mm = průměrný počet dnů se srážkovým úhrnem 0,1 mm; r 1,0 mm = průměrný počet dnů se srážkovým úhrnem 1,0 mm; r 10,0 mm = průměrný počet dnů se srážkovým úhrnem 10,0 mm. Fenofáze počátek kvetení 10 % byla vyhodnocena z období , fenologické mapy z intervalu , teplota vzduchu z dat od roku 1961 do 2010 a četnost výskytu synoptických situací z období fenologická data byla exportována z fenologické databáze ČHMÚ FENODATA a klimatická data z klimatologické databáze ČHMÚ CLIDATA. Výsledky byly vyhodnoceny v prostředí Microsoft Excel, mapy byly zpracovány pomocí geografických informačních systémů v prostředí Clidata-Gis (ArcView 3.2), metodou Clidata-DEM. Výsledky a diskuse Základní statistické charakteristiky nástupu fenologické fáze počátek kvetení 10 % jsou uvedeny v tabulce 2 a na obrázku 6. Průměrné datum nástupu počátku kvetení 10 % je u lísky obecné 27. února, u olše lepkavé 15. března a u břízy bělokoré 11. dubna. Nejvyšší variační rozpětí (rozdíl mezi maximální a minimální hodnotou) je u lísky (83 dnů), nejmenší je u břízy (37 dnů). 103

104 Pořadový den v roce Tab. 2 Statistické výsledky nástupu fenologické fáze počátek kvetení 10 % Statistická charakteristika Líska obecná ( ) Olše lepkavá ( ) Bříza bělokorá ( ) Nejranější nástup 10. I II III Dolní kvartil 14. II. 5. III. 5. IV. Průměrný nástup 27. II. 15. III. 11. IV. Medián 28. II. 17. III. 12. IV. Horní kvartil 13. III. 25. III. 17. IV. Nejpozdnější nástup 3. IV IV IV Směrodatná odchylka 19,2 15,2 8,1 Variační rozpětí Líska obecná Olše lepkavá Bříza bradavičnatá Obr. 6 Statistické charakteristiky nástupu fenologické fáze počátek kvetení 10 % Tab. 3 Průměrné datum nástupu fenologické fáze počátek kvetení 10 % v jednotlivých desetiletích Dekáda Líska obecná Olše lepkavá Bříza bělokorá II. neúplná časová řada 14. IV II. 21. III. 13. IV neúplná časová řada neúplná časová řada neúplná časová řada III. 18. III. 11. IV II. 13. III. 5. IV III. 21. III. 18. IV II. 1. III. 9. IV II. 15. III. 6. IV. V tabulce 3 jsou uvedena průměrná data nástupu PK 10 % v jednotlivých desetiletích. Líska obecná kvetla (fenofáze PK 10 %) nejdříve v desetiletí 1991 až 2000 (průměr 22. února), nejpozději v dekádě 1981 až 1990 (průměr 17. března). U olše lepkavé byl rovněž nástup této fenofáze v desetiletí 1991 až 2000 (průměr 1. března); nejpozdněji ve dvou obdobích a (průměr 21. března). U břízy bělokoré je nejranější nástup v desetiletí 1971 až 1980 (průměr 5. dubna) a nejpozdnější (shodně s lískou a olší) v desetiletí začínající rokem 1981 a končícím rokem 1990 (průměr 18. dubna). Variabilitu data nástupu analyzované fenofáze v jednotlivých letech dokumentují obr. 7 až 9, kde je znázorněna odchylka od standardního klimatologického normálu (podle World Meteorological Organization průměr z období ). 104

105 2010 chybí roky 2010 a chybí roky 2003 a chybí rok chybí roky (dny) Obr. 7 Odchylky nástupu fenofáze počátek kvetení 10 % u lísky obecné (rovnice křivky: y = 1E-08x 6-3E- 06x 5 + 0,0002x 4-0,0061x 3 + 0,071x 2 + 0,1008x - 12,267; R² = 0,1578) chybí roky 2003 a chybí rok chybí roky chybí roky 1939 a chybí roky (dny) Obr. 8 Odchylky nástupu fenofáze počátek kvetení 10 % u olše lepkavé (rovnice křivky: y = -2E-07x 6 + 4E- 05x 5-0,0031x 4 + 0,1176x 3-2,1536x ,973x - 36,186; R² = 0,1678) 2010 chybí roky 2009 a chybí rok chybí roky (dny) Obr. 9 Odchylky nástupu fenofáze počátek kvetení 10 % u břízy bělokoré (rovnice křivky: y = 2E-08x 6-5E- 06x 5 + 0,0003x 4-0,0104x 3 + 0,149x 2-1,1483x + 6,638; R² = 0,154) Dokreslení časového posunu nástupu fenologické fáze počátek kvetení 10 % u vyhodnocovaných rostlinných druhů na území České republiky je na mapách vyjadřujících průměrná data nástupu za období 1991 až 2010 (obr. 10 až 12). 105

106 Obr. 10 Nástup fenologické fáze počátek kvetení 10 % u lísky obecné Obr. 11 Nástup fenologické fáze počátek kvetení 10 % u olše lepkavé Obr. 12 Nástup fenologické fáze počátek kvetení 10 % u břízy bradavičnaté V tabulce 4 je uvedeno statistické hodnocení nástupu fenofáze počátek kvetení 10 % mezi jednotlivými druhy. Od počátku kvetení lísky do nástupu kvetení olše uplyne v průměru 19 dnů, mezi lískou a břízou 43 dnů a mezi olší a břízou 27 dnů. 106

107 Tab. 4 Diference mezi počátky kvetení mezi rostlinnými druhy (ve dnech) Statistická Líska obecná Líska obecná Olše lepkavá x x x charakteristika Olše lepkavá Bříza bělokorá Bříza bělokorá Minimum 3 (r. 1990) 7 (r. 2004) 5 (r. 2004) Dolní kvartil Průměr Medián Horní kvartil Maximum 60 (r. 2013) 83 (r. 1936) 60 (r. 1995) Směrodatná odchylka Variační rozpětí Nástup fenofáze je výrazně ovlivněn počasím. Proto jsme dále podrobili statistickému šetření výskyt synoptických situací v den nástupu počátku kvetení 10 % (tab. 5). U lísky a olše se jedná shodně o západní cyklonální situaci - Wc (obr. 13, u břízy vykazuje nejvyšší četnost synoptická situace anticyklóna nad střední Evropou A (obr. 14). Obr. 13 Západní cyklonální situace Wc Frontální zóna probíhá z Atlantiku přes Britské ostrovy k východu nad Pobaltí, přitom fronty zasahují aktivně i území ČR a střídají se zde teplé a studené maritimní vzduchové hmoty (Křivancová a Vavruška, 1997, Racko, 2015 ) Obr. 14 Anticyklóna nad střední Evropou A Nad střední Evropou se udržuje kvazistacionární tlaková výše, vyjádřená i ve vyšších hladinách. Je vyplněna relativně teplým vzduchem s výjimkou studené přízemní vrstvy v zimním období Křivancová a Vavruška, 1997, Racko, 2015). Tab. 5 Nejvyšší četnost (%) výskytu synoptických situací v den nástupu fenofáze počátek kvetení 10 % Líska obecná Olše lepkavá Bříza bělokorá Wc 12,7 Wc 19,3 A 12,3 SWc2 9,1 Wcs 10,5 SWc2 10,5 NWc 7,3 B 10,5 B, Nc, NEc, SWc3, Vfz 7,0 V tabulce 6 jsou uvedeny korelační koeficienty mezi nástupem PK 10 % a teplotou vzduchu. Tab. 6 Korelační koeficienty mezi průměrnou teplotou vzduchu a nástupem fenofáze počátek kvetení 10 % Teplota Líska obecná Olše lepkavá Bříza bělokorá leden únor leden únor březen leden únor březen duben Vzduch -0,62-0,93-0,73-0,56-0,44-0,43-0,91-0,40-0,05 107

108 Závěr V období definovaném podle World Meteorological Organization jako standardní klimatologický normál (průměr z hodnot ) dochází k průměrnému nástupu analyzované fenologické fáze počátek kvetení 10 % u lísky obecné 6. března, olše lepkavé 17. března a břízy bělokoré 11. dubna. Při použití celé dlouhé časové řady je to u lísky obecné o 7 dnů dříve, již 27. února, u olše lepkavé o 2 dny dříve (15. března) a u břízy bělokoré je datum shodné, tj. 11. dubna. Při použití navazujícího období na klimatologický normál (tj. průměr ) je posun k ranějšímu nástupu velmi výrazný: líska obecná 19. února (o 15 dnů dříve), olše lepkavé 9. března (o 8 dnů dříve) a břízy bělokoré 7. dubna (o 4 dny dříve). Průměrný počet uplynulých dnů mezi jednotlivými druhy při počátku kvetení 10 % činí u dvojice lískaolše (16 dnů), líska-bříza (43 dnů) a olše-bříza (27 dnů). Nejvyšší záporné korelační koeficienty vycházejí u všech tří druhů v únoru. Fenologická fáze počátek kveteni 10 % je u lísky obecné a olše lepkavé nejčastěji spojen se západní cyklonální situací (Wc). V prvním případě téměř 13 % všech případů, v druhém víc než 19 %. U břízy bělokoré byla fenofáze zaznamenána za situace, kdy se nad střední Evropou vyskytovala anticyklóna (A) 13,2 %. Seznam literatury Anonymus: Fakta o pylové alergii [Cit ]. Dostupné z < Anonymus2: Pylová informační služba. [Cit ]. Dostupné z < Anonymus3: Pylový kalendář. [Cit ]. Dostupné z < pylovy_kalendar2.pdf. >. Bauer, Z., Bartošová, L., Bauerová, J., Trnka, M., Štěpánek, P., Možný, M., Dubrovský, M., Nyklová, E., Žalud, Z., (2014): Observed phenological response of ecosystems to the climate: Part I. Flood-plain forest. First edition. ISBN: , 128 p. Bystroň, J., (2001: Současné principy léčby alergií u dětí. Pediatrie pro praxi. (2) s [Cit ]. Dostupné z Hájková, L., Kožnarová, V., Bachanová, S., Nekovář, J., (2013): Fenologické charakteristiky vybraných lesních bylin v Česku. Praha: ČHMÚ. 90 s. ISBN: Hájková, L., Voženílek, V., Tolasz., R., et al, (2012): Atlas fenologických poměrů Česka. Praha-Olomouc: ČHMÚ-UP. 320 s. ISBN (ČHMÚ): , ISBN (UP): Chmielewski, F., M., Rötzer, T., (2002): Annual and spatial variability of the beginning of growing season in Europe in relation to air temperature changes. Clim. Res., 19: Křivancová, S., Vavruška, F., (1997): Základní meteorologické prvky v jednotlivých povětrnostních situacích na území České republiky v období Praha: ČHMÚ. Národní klimatický program České republiky. 114 s. ISSN: Možný, M., Hlavinka, P., Trnka, M., Hájková, L., Štěpánek, P., Zahradníček, P., Kožnarová, V., Skalák, P., Nekovář, J., Kott, I., Potop V., Semerádová, D., Bartošová, L., Žalud, Z., (2013): Změny klimatu, fenologie a ekosystémové procesy. Praha: ČHMÚ. 126 s. ISBN: Racko, S.: Kalendář povětrnostních situací. [Cit ]. Dostupné z < ( portal/dt?portal_lang=cs&menu=jsptabcontainer/p4_historicka_data/p4_1_pocasi/p4_1_12_typizace_ situaci&last=fals ) >. Rybníček, O., (2002): Polinóza. [Cit ]. Dostupné z < Sparks, T., H., Menzel, A., (2002): Observed changes in seasons: An overview: International Journal of Climatology, 22: Škvareninová, J., (2013): Vplyv zmeny klimatických podmienok na fenologickú odozvu ekosystémov. Zvolen: Technická univerzita. 132 s. ISBN: Vega,?, (2005): Pylová alergie. [Cit ]. Dostupné z < tisk.php?id_rubriky=6&id_clanek=101>. Walter, GR., (2004): Plants in warmer world. Perspect. Plant Ecol., 6: Poděkování Příspěvek vznikl s institucionální podporou Českého hydrometeorologického ústavu a Programu pro dlouhodobý koncepční rozvoj výzkumné instituce poskytované Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy České republiky. 108

109 Dlouhodobý vývoj agroklimatických podmínek v ČR Středová H., Středa T., Pokorný R. Mendelova univerzita v Brně Český hydrometeorologický ústav Práce hodnotí změny agroklimatických charakteristik použitých pro vymezení klimatických regionů v rámci systému bonitovaných půdně ekologických jednotek. Plošně srovnány jsou jednotlivé kategorie sumy průměrných denních teplot vzduchu rovných nebo vyšších 10 C, průměrné roční teploty vzduchu, vláhové jistoty ve vegetačním období a pravděpodobnosti výskytu suchých vegetačních období. Hodnoceny jsou průměrné hodnoty za dvě padesátiletá období a Výsledky naznačují nárůst potenciální evapotranspirace a tím i větší náchylnost zemědělsky intenzivně využívaných oblastí jižní a střední Moravy a středních Čech k suchu. The paper assesses changes in agroclimatic characteristics used to define climatic regions within the estimated pedological ecological units. Evaluation is the average value of fifty two periods and Two 50year averages of temperature sum above 10 C, annual air temperature, moisture certainty in the growing season and probability of dry vegetation period were compared and spatially mapped. All 50year averages of investigated parameters had been changed in compared to the mean of probably due to climate change and using of advanced methods for measuring meteorological elements as well as due to transition to automatic system of measurement. The results suggest an increase of potential evapotranspiration and thus higher susceptibility of agricultural intense areas of southern and central Moravia and Central Bohemia to dryness. prezentace 109

110 TŘICET LET SYSTEMATICKÉHO VÝZKUMU OBLASTI ZEMĚTŘESNÝCH ROJŮ V ZÁPADNÍCH ČECHÁCH Jan Zedník, Josef Horálek, Milan Brož a kolektiv týmu Webnet, Geofyzikální ústav AV ČR, v. v. i., Boční II/1401, Praha 4 - Spořilov Silný zemětřesný roj v západních Čechách v prosinci 2015 (nejsilnější otřes dosáhl lokálního magnituda ML=4.7) znamenal mezník systematického výzkumu této geologicky živé oblasti s doznívající vulkanickou aktivitou. Původní čistě mechanické představy o vzniku otřesů v oblasti zemětřesných rojů nabyly postupně komplexního charakteru. Na základě nových poznatků je dnes jasné, že nezastupitelnou roli zde hrají fluida, která se v hloubkách kolem 10 km podílí na tvorbě a mechanizmu otřesů. O připomenutí nejsilnějších jevů zaznamenaných v roce 1985 se v roce 2014 postarala sama příroda, když v květnu až srpnu vznikla opět silná zemětřesní s magnitudem až ML=4.5, tentokrát však bez výrazného rojového charakteru. Během 30ti let výzkumných projektů založených zejména na kvalitní registraci lokální seismické sítě WEBNET byla v oblasti prováděna i další měření v oborech morfologie, hydrogeologie, geochemie, tektoniky, GPS, geodezie, mikrogravimetrie, magnetismu a náklonů zemského povrchu. V tomto příspěvku představíme spolu s výsledky seismologických studií i vybrané poznatky z těchto měření, která přispívají k poznání vzniku rojových zemětřesení v oblasti západních Čech. Thirty years of systematic research of earthquake swarm region in West Bohemia Jan Zedník, Josef Horálek, Milan Brož, and the WEBNET Group, Institute of Geophysics, AS CR, Boční II/1401, Prague 4 - Spořilov Strong earthquake swarm in December 1985 (the strongest earthquake reached local magnitude ML=4.7) can be considered as a milestone in the research of the geologically active post volcanic region in West Bohemia. Early purely mechanical ideas about the origin of earthquake swarms evolved through the decades into quite complex character. It is now clear that fluids play an instrumental role and contribute to the mechanisms of the events which originate at depths of about 10 km. In 2014 we recorded another strong series of earthquakes in the region (the strongest event with ML=4.5), surprisingly without a pronounced swarm character. During last thirty years of research activities, based mainly on high-quality records of local seismic network WEBNET (West Bohemia Seismic Network), numerous measurements in the field of morphology, hydrogeology, geochemistry, tectonics, GPS, geodesy, microgravimetry, geomagnetism and surface tilts were also performed. Selected results of seismological studies and other geoscience disciplines which contribute to better understanding of the West Bohemia swarm region will be presented. prezentace 110

111 Skalní umění Jiří Voňka, Hradec Králové 111

112 Neolitický těžební areál na katastru obce Jistebsko (Jizerské hory) Blanka Šreinová, Národní muzeum, Praha 9 - Horní Počernice, Cirkusová 1740 Neolitický těžební areál objevený v roce 2002 na katastru obce Jistebsko (Jizerské hory) patří mezi největší a nejstarší památky svého druhu v České republice. Těžba a zpracování suroviny, která sloužila k výrobě kamenných broušených nástrojů a zásobovala pravděpodobně tehdejší střední Evropu, zde podle zjištění rozptylu suroviny probíhala od nejstarší fáze neolitu kultury s lineární keramikou (5 400 př.n.l.) pravděpodobně až do konce starší fáze kultury s vypíchanou keramikou (4 500 př.n.l.). Zcela intaktně zachovalý areál o ploše 21,2 ha představuje jedinečně zachovalou památku svého druhu, jejíž význam výrazně překračuje hranice České republiky. Surovina je vázána na kontaktní dvůr tanvaldského granitu a na základě petrologického studia lze horninu označit jako amfibolový rohovec. Hornina se obecně označuje jako metabazalt (metabazit) a je součástí řady: amfibolová břidlice - amfibolový rohovec - nefrit. Hornina se vyznačuje vysokou houževnatostí, velkou tvrdostí, dobrou štípatelností a obrusností a je ideální na výrobu broušených kamenných nástrojů. Její technologické vlastnosti jsou dány petrografickou stavbou, hornina je velmi jemnozrnná, převažující aktinolitové jehlice prorůstají s živcem, makroskopicky je patrné jemné páskování, lom je lasturnatý. Neolithic mining area at the cadastral area of the village Jistebsko (the Jizera Mountains) Blanka Šreinová, National Museum, Prague 9 - Horní Počernice, Cirkusová 1740 Neolithic mining area discovered in 2002 at the cadastral area of the village Jistebsko (the Jizera Mountains) is one of the largest and oldest monuments of its kind in the Czech Republic. Mining and processing of raw material served to produce polished stone tools and probably supplied the whole Central Europe. According to the findings of scattered material it lasted from the oldest Neolithic phase of the Linear Pottery culture (5400 BC) probably until the end of early stage Stroked pottery culture (4500 BC). The completely intact region with an area of 21.2 hectares represents a uniquely preserved monument of its kind, whose importance significantly exceeds the borders of the Czech Republic. The raw material is bonded to the Tanvald contact granite zone, and on the basis of petrological studies it can be described as the amphibole chert. The rock is generally referred to as metabasalt (metabasic) and is part of a series: amphibole slate - amphibole chert - nephrite. The rock is characterized by high toughness, high hardness, good divisibility and abrasion resistance and it is ideal for the production of polished stone tools. Its technological properties are determined by petrographic structure, rock is very fine-grained, dominated by actinolite needles that grow with feldspar, fine banding is evident macroscopically, fracture is conchoidal. prezentace 112

113 Biorytmy jako jeden z projevů života Biorhythms as one of the manifestations of life Petr Kachlík Institut výzkumu školy a zdraví, PdF MU Brno Anotace Biorytmy představují jeden ze základních projevů živé hmoty. Nalézáme je na všech etážích její organizace, mají genetický podklad. Na vyšší úrovni jsou reprezentovány řadou mozkových jader, žláz s vnitřní sekrecí, oční sítnicí i periferními orgánovými centry. Biorytmy působí hierarchicky od buněk přes tkáně a orgány až po makroorganismus, jsou spjaté s řadou důležitých dějů v těle, přírodě i vesmíru. Jejich základní úlohou je umožnit existenci a adaptabilitu jakéhokoli živého systému. Biorytmy jsou intenzivně zkoumány přibližně 100 let, mají vazby na řadu vědních disciplín - chronobiologii, chronofysiologii, chronopatologii, chronofarmokologii a mnohé další. V postmoderní informační společnosti je můžeme vystopovat v oblasti kosmického výzkumu, medicíny, pedagogiky, výrobních odvětví. Biorytmy též dokládají sepětí živé přírody s kosmickými vlivy. Klíčová slova: biorymus, chronobiologie, epifýza, oscilátor, genetika, zdraví, učení, život, příroda, kosmos Abstract Biorhythms represent one of the manifestations of living matter. They are found on all floor levels of its organization, have a genetic basis. On a higher level, they are represented by a series of brain nuclei, endocrine glands, retina and peripheral organ centers. Biorhythms operate hierarchically from cell tissue and organs through to the macroorganism, they are associated with a number of important processes in the body, nature and the universe. Their basic role is to exist and adaptability of any living system. Biorhythms are intensively investigated approximately 100 years, have links to a variety of disciplines - chronobiology, chronophysiology, chronopathology, chronopharmacology and many others. In the postmodern information society we can be traced in space exploration, medicine, education, the productive sectors. Biorhythms also demonstrate links between wildlife with cosmic influences. Keywords: biorhytm, chronobiology, the pineal gland, oscillator, genetics, health, learning, life, nature, cosmos Úvod Lidské tělo, obdobně jako ostatní živé systémy, je ovlivňováno různými pochody, které se odehrávají v jeho okolí. Tyto děje však neprobíhají se stále stejnou intenzitou, ale většina z nich se vyznačuje pravidelnou oscilací kolem určité hodnoty (Haus, 2007; Jež, 2010). Jako příklady lze uvést pravidelné střídání dne a noci, přílivu a odlivu, lunární rytmy sledují měsíční periodu 28 dní, v ročních cyklech dochází k prodlužování a zkracování dne, Země se otáčí v pravidelném intervalu jednou za 24 hodin kolem své osy a jedenkrát za rok uzavře oběh kolem Slunce apod. (Honsová, 2008). Aby byla existence živočichů a rostlin v proměnném prostředí vůbec možná, bylo třeba najít strategii, jak se na ně adaptovat. Jako výraz adaptace na pravidelně se opakující změny vnějšího prostředí se v průběhu druhového vývoje u většiny živočichů a rostlin, ale také u eukaryotních mikroorganismů vyvinuly biorytmy. Termín biorytmus vznikl složením ze dvou řeckých slov: bios (tj. život) a rhytmos (tj. pohyb, který se pravidelně opakuje) (Scheving, Halberg, Pauly, 1974; Anwar, White, 1998). Projevy biorytmů lze zaznamenat jednak jako cyklické, pravidelné střídání fyziologických dějů probíhajících v organismu, jednak jako pravidelné střídání intenzity těchto dějů. Projevy chování živočichů bývají sladěny s různými vnějšími faktory, které se ve vědě o chování živočichů označují jako časovače. Časovači mohou být různé veličiny a jejich změny, např. délka dne v rámci roku, změny teploty, relativní vlhkosti, tlaku. Odpovědí jedinců konkrétního živočišného druhu je např. línání, pelichání, svlékání, migrace (tahy ptáků), pohlavní aktivita a další (Mletzko, Mletzko, 1985; Boden, Kennaway, 2006). Živé systémy mají tzv. endogenní (vnitřní) hodiny, které jsou synchronizovány 24hodinovým střídáním světla a tmy. Biorytmy jsou cyklické děje probíhající v organismu bez ohledu na letní nebo zimní čas - cyklus začíná dnem narození a opakuje se neustále dokola. Základní cyklus lidského těla je 25hodinový, je denně resynchronizován dnem o délce 24 hodin (Illnerová, 1994; Strunecká, Patočka, 2005). Metodika Jedná se o přehledovou práci, jejímž hlavním cílem je nastínit základní informace o existenci, podstatě, významu a poruchách biorytmů. Upozornit na lidské vnitřní hodiny, jejich řízení a sepětí s endokrinním systémem a změnami v organismu včetně zdravotního stavu a stárnutí, připomenout využití poznatků o biorytmech v oblasti výchovy, vzdělávání, ve výrobní sféře i při relaxaci. Zmínit nové vědní obory, které biorytmy zkoumají a počítají s nimi. Bylo využito analyticko-syntetického přístupu, tištěných a elektronických informačních zdrojů. 113

114 Výsledky a diskuse Historie K nejstarším dochovaným studiím o biorytmech řadíme práci francouzského vědce Jeana Jacquese Ortouse de Mariana z roku Popsal chování jistého druhu mimózy, reakci rostliny, která vždy na noc své listy zavírá a ráno je zase otevře. Aby si ověřil, zda pohyby rostliny závisejí na slunci, uskutečnil pokus, při němž rostlinu umístil na několik dnů do temné místnosti. Rytmus otevírání a zavírání listové růžice pokračoval i tehdy, když rostlina neměla žádný kontakt s venkovním prostředím, tedy nevěděla, zda je venku ráno nebo večer. Vědec z pozorování učinil závěr, že pravidelný rytmus otevírání a zavírání listů nevyvolává sluneční svit, ale v rostlině pravděpodobně existují nějaké biologické hodiny, které její rytmické pohyby navozují a kontrolují (Scheving, Halberg, Pauly, 1974; Mletzko, Mletzko, 1985). Z oblasti lidské biologie a medicíny pocházejí pozdější odborné práce (19. století, Virey), které dávají do souvislosti zdravotní stav člověka a střídání světla a tmy. Následovaly výzkumy o fysiologii a chování rostlin a živočichů, byl zaveden termín fotoperiodismus, zkoumán vztah biorytmů a tělesné teploty (USA, 20. léta 20. století). Bylo zjištěno, že vnitřní biologické hodiny nejsou závislé na denních změnách zevního prostředí. Po 2. světové válce se intenzita výzkumů zaměřených na biorytmy zvýšila, byla nalezena řada souvislostí biorytmů s projevy živých organismů. Později (v 60. letech 20. století) vznikl nový obor zvaný chronobiologie, jenž se podrobně zabývá všemi změnami v živých organismech z hlediska času, tedy studuje časovou organizaci živých systémů. Do chronobiologie zahrnujeme chronofysiologii, chronopatologii, chronofarmakologii (studují vztah časového systému organismu a jeho funkcí, chorobných stavů, působení léků či jedů), řadíme sem rovněž studium cyklů spánku, tělesné teploty, endokrinní aktivity (Anwar, White, 1998; Rensing, 2007; Špérová, 2008). Druhy a vlastnosti biorytmů Členění biorytmů dle délky jejich periody (Mletzko, Mletzko, 1985; Anwar, White, 1998): ultradiánní, perioda kratší než 20 hodin (v milisekundách nervová aktivita, v sekundách srdeční činnost, v minutách dýchání, v hodinách aktivita žláz), lunisolární přílivový rytmus řídící aktivitu pobřežních mořských živočichů (12,4 hodiny); cirkadiánní, perioda hodin (pohybová aktivita, žlázy, spánek a bdění); infradiánní, perioda delší než 28 hodin (zejména rytmy na úrovni celého organismu: cirkalunární ženský cyklus s periodou 4 týdny, cirkanuální cyklus s periodou 10 až 14 měsíců), periodu v délce jednoho nebo více roků pak můžeme nalézt u biorytmů na úrovni organismu nebo celých populací, cirkaseptánní civilizační rytmus (týdenní) v souvislosti se sociálním a pracovním režimem, jedenáctileté cykly sluneční aktivity. Biorytmy můžeme vystopovat a sledovat na všech úrovních organizace živých systémů (Anwar, White, 1998): molekulární úroveň (oscilace množství DNA v buňce, termodynamická rovnováha); subcelulární úroveň (denní kolísání enzymatické aktivity v buňkách, cirkadiánní rytmus sekrece melatoninu-výsadní postavení, hlavní biologické hodiny); celulární úroveň (mitotická aktivita buněk a tkání, platí i pro jednobuněčné organismy); orgánová úroveň (pravidelné změny hematologických a biochemických parametrů během dne); úroveň makroorganismu (změny chování, aktivity, metabolismu během dne, roku). Důležité vlastnosti biorytmů (Illnerová, Sumová, 2008): nalezneme je na všech úrovních organizace živé soustavy; v živém organismu cykluje (nebo osciluje) prakticky každý děj; biorytmy jsou jedním ze základních atributů života. Biorytmy jsou velmi stabilní - regulují živý systém a bez větších změn zůstávají i tehdy, scházejí-li organismu delší dobu informace z vnějšího (a o vnějším) prostředí. Jde o určitý druh automatismu. Za příklad mohou posloužit krizové situace při živelních pohromách (zemětřesení, povodně, tsunami), kdy byli lidé zavaleni troskami a přežívali pod nimi díky prostorovým komorám, které se nezbortily. Byli stresovaní, vyčerpaní, bez jídla, pili dešťovou vodu nebo vlastní moč. Nevěděli, zda je venku noc či den, přesto se u nich normálně uplatňovaly základní biorytmy (spánek a bdění) (Havelková in Kachlík, Mužík, 2008). Biorytmy jsou tak stabilní i proto, že jsou geneticky zakódovány v DNA organismu. Jejich studium je složité, doposud jsou geny řídící cirkadiánní rytmy dobře dokladovány např. u hmyzu, hlodavců a plísní. V poslední době jsou intenzivně zkoumány tzv. hodinové geny savčí vč. lidských. U člověka je sice již přečtena genetická výbava, avšak její luštění je dlouhodobým procesem (Illnerová, 1996c). Lidské biorytmy Lidské biorytmy lze rozdělit mimo výše uvedeného též podle cyklování funkcí organismu na: 114

115 fyzický cyklus, perioda 23 dnů, změny tělesné pohody a vitality; emociální cyklus, perioda 28 dnů, změny nálady, způsobu myšlení; intelektuální cyklus, perioda 33 dnů, změny intelektových schopností, rozhodování. Každý z cyklů má dvě fáze - pozitivní a negativní tedy stoupající (rychlé a jasné myšlení, kreativita, energie, dobrá nálada) a klesající (nedostatek vitality, náladovost, vyšší chybovost). Při přechodu z pozitivní do negativní fáze nastává tzv. kritický den. Existuje velké množství pomůcek, pomocí nichž lze sestavit osobní kondiciogram, tedy měsíční cyklus fyzické, emocionální a intelektuální aktivity. Výsledek je však třeba brát pouze informativně a s velkou rezervou, nepodřizovat mu svůj denní režim..na cykly mají vliv změny zdravotního a fyzického stavu, stresová zátěž, psychická nepohoda, užívání léků a mnohé další faktory. Je si možné kondiciogram sestavit sofistikovaněji, to ovšem vyžaduje sofistikované a nákladné vybavení, detailní znalost režimu dne a životního stylu sledované osoby (Havelková, Kachlík, 2008; Honsová, 2008;.Jež, 2010). 24-hodinový cyklus je svázaný s rotací Země, reprezentují jej biologické hodiny jdoucí po celý život a působící na naši aktivitu v průběhu dne. Centrální biologické hodiny řídí všechny pravidelně se opakující děje v lidském organismu a vzájemně je synchronizují. Kromě nich existují další - periferní hodiny, které ovlivňují činnost útrobních orgánů, psychické funkce, tělesnou a duševní kondici člověka (Illnerová, 1996c). Vnitřní tělesné orgány mají také svůj biorytmus, v daném časovém rozmezí (během dne) je vždy některý z orgánů aktivnější než ostatní - orientační přehled viz tab. 1 (Mletzko, Mletzko, 1985; Cornélissen et al. 2004). Období dne Aktivní orgány Období dne Aktivní orgány hod. játra hod. tenké střevo hod. plíce hod. močový měchýř hod. tlusté střevo hod. ledviny hod. žaludek hod. mozek hod. slinivka hod. pohlavní orgány hod. srdce hod. žlučník Tabulka 1: Orientační přehled zvýšené aktivity orgánů během dne (Mletzko, Mletzko, 1985; Cornélissen et al. 2004) Podrobnější popis orgánové aktivity v rámci cyklu jednoho dne (5-5 hodin) (Hildebrandt, 1976; Anwar, White, 1998; Berger, 1995): hodina: na vrcholu aktivita tlustého střeva, na minimu aktivita žlučníku a tenkého střeva, nárůst krevního tlaku a produkce hormonů, vysoká citlivost na bolest, vysoká úroveň imunity, dobrá krátkodobá paměť. Čas vhodný k vyprázdnění a zopakování memorovaného učiva (slovíčka, vzorečky) hodina: na vrcholu aktivita imunity a žaludku, nárůst srdeční činnosti a krevního tlaku, psychické činnosti, soustředění, aktivita jater nejnižší, nižší citlivost na bolet. Doba vhodná na snídani hodina: nejvyšší úroveň denní výkonnosti, možná vysoká fyzická a psychická zátěž, maximální aktivita slinivky a sleziny, dobré zažívání, plná srdeční aktivita, utlumená funkce plic. Doba vhodná ke zvládání náročných pracovních úkolů, zkoušek, učení se novému, vysoký stupeň kreativity hodina: kolem poledne postupně přichází únava, končí údobí vysoké psychické a fyzické výkonnosti, jsou vysoké hodnoty krevního tlaku a srdeční aktivity, snížená výkonnost jater a tlustého střeva. Kolem 13. hodiny vhodná doba na oběd a relaxaci hodina: maximální aktivita tenkého střeva, vyčerpání, potřeba spánku, útlum činnosti žaludku, jater, pokles tělesné energie, vysoká odolnost vůči bolesti. Doba vhodná na oběd a zažívání, odpočinek, mezi hodinou jsou dobře snášeny bolestivé lékařské zákroky hodina: vrchol aktivity močového měchýře, útlum činnosti slinivky a sleziny, dobrá funkce termoregulace, zvýšená intenzita psychických funkcí, dlouhodobé paměti. Doba vhodná k domácí přípravě, dalšímu vzdělávání a saunování hodina: vrchol aktivity ledvin a nadledvin, snadné zvládání fyzické zátěže a vyšší psychická odolnost, stimulace funkce plic a kosterního svalstva. Doba vhodná doba pro volnočasové sportovní aktivity hodina: nárůst činnosti mozku (dlouhodobá paměť), ale snížení psychické svěžesti, pocity podrážděnosti či náladovosti, lehký vzestup krevního tlaku, nástup relaxace trávicí soustavy. Čas vhodný k lehké večeři a duševní práci hodina: pokles krevního tlaku, vrchol aktivity pohlavní soustavy a některých partií endokrinního systému, okolo 21. hodiny vysoká aktivita mozku, kolem 22. hodiny se uklidňuje 115

116 psychika, o hodinu později nástup útlumu metabolismu, příprava na spánek, regenerace kůže, vlasů a nehtů, detoxikace organismu. Doba vhodná na sex, duševní práci, relaxaci a spánek hodina: vysoká aktivita žlučníku, útlum ledvin, vysoká citlivost na bolest, největší útlum duševních schopností, intenzivní činnost imunitního systému. Čas vhodný ke spánku a regeneraci organismu hodina: nejvyšší aktivita jater, pomalý dech i puls, nízký krevní tlak, totální relaxace, nejvyšší útlum činnosti mozku, velmi nízké reakční schopnosti. Čas vhodný ke spánku a regeneraci organismu. Velmi rizikové období pro pracující na noční směny hodina: vysoká aktivita plic, nízký krevní tlak i tělesná aktivita, růst ostrosti sluchu. Čas vhodný ke spánku a regeneraci organismu. Velmi rizikové období pro řízení dopravních prostředků. Vznik a řízení biorytmů Suprachiasmatická jádra Za pravidelně změny v lidských (obecně savčích) fyzických a psychických projevech odpovídají dvě nervová jádra, jež jsou uložena v mozku blízko křížení zrakových nervů (tzv. suprachiasmatická jádra). Jádra obsahují několik tisíc buněk a generují rytmickou elektrickou aktivitu, která musí být vzájemně synchronizována. Klíčovým prvkem informací o stavu vnějšího prostředí je světlo zachycované oční sítnicí, transformované na elektrické a chemické podněty (cirkadiánní vidění), dále některé nervové přenašeče a spojení mezí jádry a sítnicí. Poškození suprachiasmatických jader má za následek ztrátu cirkadiánních rytmů a schopnosti organismu reagovat na změny zevního prostředí. Z výzkumů provedených v poslední době vyplývá, že i samotná savčí sítnice může být oscilátorem, tkání, v níž probíhají denní rytmické změny. Z jader jsou informace vedeny do epifýzy (šišinky) a podle okolností je v ní syntetizován melatonin či serotonin (Illnerová, 1994; Illnerová, 1996a; Illnerová, Sumová, 2008). Rytmické chování buněk biologických hodin je dáno cyklickým spínáním a vypínáním jisté sady genů, která je označována jako geny hodinové. V posledních letech byla objevena řada savčích hodinových genů vč. lidských. Na myším modelu jsou studovány hodinové geny a prostřednictvím jimi kódovaných proteinů role při řízení cirkadiánních rytmů. Světlo složitý systém biologických hodin dokáže výrazně přestavit, změnit fázi jejich rytmu. Signály z centrálních hodin se do periferie dostávají pomocí spínání jiných genů, které jsou označovány jako tzv. hodinami řízené geny, čímž je celý makroorganismus informován o svém stavu vzhledem k vnějšímu prostředí (Illnerová, 1994; Illnerová, 1996c). Ve většině savčích periferních orgánů byly nalezeny jejich vlastní biologické hodiny, což bylo dokladováno rytmickou funkcí hodinových orgánových genů. Periferní hodiny vykazují vazby na hodiny centrální, jež je kontrolují a synchronizují, aby orgány fungovaly harmonicky v rámci celku. Na periferní biologické hodiny má mj. vliv doba příjmu potravy a některé hormony. Periferní orgánové hodiny umožňují orgánům připravovat se s předstihem na denní změny ve vnitřním i v zevním prostředí, zřejmě též dokáží ovlivňovat buněčné dělení, což může být velmi důležité v procesu vzniku a prevence onkologických chorob (Illnerová, 1996c; Illnerová, Sumová, 2008). Epifýza (šišinka) V centrálním nervovém systému člověka jsou uloženy - stejně tak jako u ostatních vyšších savců - tzv. biologické centrální hodiny. Jsou lokalizovány v malé endokrinní žláze zvané šišinka (též nadvěsek mozkový, epifýza, glandula pinealis) při zadní horní straně mezimozku. Nadvěsek vytváří hormon melatonin, který je chemicky podobný podkožnímu pigmentu melaninu a některým přenašečům nervového vzruchu (serotoninu, dopaminu) (Illnerová, 1996b; Illnerová, Sumová, 2008). Cirkadiánní rytmus je řízen světelným podnětem, proto jeho dráha začíná dopadem fotonů na sítnici oka. Buňky epifýzy (pinealocyty) syntetizují z aminokyseliny tryptofanu ve tmě melatonin a na světle serotonin. Signál melatonin/serotonin dokáží svými receptory rozpoznat a dekódovat prakticky všechny buňky našeho těla. Tímto mechanismem nás epifýza pohotově přelaďuje do stavu spánku či bdění (Haus, 2007; Illnerová, Sumová, 2008). Jakmile poklesne proud fotonů dopadajících na sítnici, začne epifýza do 30 minut tvořit melatonin a v kvantech jej uvolňovat do krevního řečiště. O melatoninu se rovněž hovoří jako o hormonu tmy (ev. jako o nočním hormonu, hormonu spánku). Tím je dán důrazný pokyn řadě orgánů a tělesných funkcí k útlumu - k odpočinku, v mozku to znamená navození spánku. Světlo naopak množství vzruchů působících na epifýzu tlumí, syntéza melatoninu se zastaví (Haus, 2007; Illnerová, Sumová, 2008). Epifýza vyrobený melatonin neskladuje, jeho produkce je přísně závislá na cirkadiánním cyklu, tedy na střídání světla a tmy v průběhu cirkadiánního rytmu (Cromie, 1999; Illnerová, Sumová, 2008). 116

117 Melatonin, jeho cyklus a biologické účinky Syntéza melatoninu prudce roste po setmění (zhasnutí), tj. asi po 21. hodině. Nejvyšší koncentrace (pulsu, vrcholu) dosahuje melatonin kolem tzv. subjektivní (biologické) půlnoci, tj. cca kolem 3. hodiny ranní. V pozdějších ranních hodinách začíná jeho produkce rychle klesat, až se sníží na minimum, na němž je udržována po celou světelnou fázi dne. V případě, že se v noci probudíme a na delší dobu (půl hodiny a více) rozsvítíme, epifýza výrazně omezí tvorbu melatoninu, což je důvodem těžkého opětovného usínání (Mletzko, Mletzko, 1985; Illnerová, 1996b). Synchronizace lidských biologických hodin s vnějšími rytmy je dána pravidelným střídáním světla a tmy, částečně fyzickou aktivitou, příp. biologicky účinnými látkami (melatoninem). Expozice světlu večer a v první polovině subjektivní noci cirkadiánní rytmy zpožďuje, expozice světlu ve druhé půlce noci a zrána je předbíhá. Vystavení světlu během dne lidské biorytmy prakticky nenarušuje. Organismus se pravděpodobně lépe vyrovnává se zpožděním biologických rytmů než s jejich předbíháním. V létě je světlo dlouho do večera a opět brzy ráno, melatoninový puls je proto krátký a výrazný. V zimě je tomu naopak, puls je široký a méně výrazný. U člověka tato skutečnost zejména platí, je-li vystaven silnému slunečnímu světlu. Pobývá-li převážně v prostorách s umělým osvětlením, charakter melatoninového vrcholu se zásadně nemění (Drahoňovská, Přibáňová in Provazník a kol., 1996). Mimo denního pravidelného kolísání koncentrace melatoninu se tedy mění i charakter (tvar) jeho vrcholu, doba nástupu a útlumu jeho produkce podle ročního období. V zimě je vrchol široký a dekomprimovaný, k vzestupu koncentrace dochází večer dříve a k jejímu poklesu ráno později. V létě je naopak vrchol úzký a komprimovaný, syntéza melatoninu se večer opožďuje a ráno předbíhá. Cirkadiánní rytmus melatoninu tak organismu slouží současně jako hodiny i jako kalendář a umožňuje mu připravit se na změny spojené s příslušnou částí dne či ročním obdobím (Illnerová, 1996a; Illnerová, 1996b; Strunecká, Patočka, 2005). Hlavní účinky melatoninu (Illnerová, 1996a; Illnerová, 1996b; Drábková, 2013): v podvěsku mozkovém se chová jako dominantní hormon, povzbuzuje uvolňování mnoha dalších hormonů, které působí na periferní tkáně a žlázy s vnitřní sekrecí; v mozku tlumí aktivitu, navozuje spánek, regeneraci duševních i tělesných sil; v oběhovém systému snižuje pohotovost ke tvorbě krevních sraženin, chrání před cévními příhodami (mrtvicí, infarktem); posiluje schopnost bílých krvinek tvořit protilátky, čímž zvyšuje odolnost; na buňky působí jako antioxidant: chrání jejich membránové struktury a genetickou výbavu před poškozením volnými radikály (jedna z příčin oběhových a onkologických chorob). Kromě osvitu je produkce melatoninu závislá též na věku. Po dosažení dospělosti začíná pozvolna, později stále rychleji klesat. Počet buněk, které v nadvěsku syntetizují melatonin, se nevratně snižuje, jde o jakousi formu opotřebení. Tak je možné vysvětlit, proč senioři špatně spí a vyskytuje se u nich řada tělesných a psychických poruch jako důsledek dysharmonie v regulacích životních pochodů (Mletzko, Mletzko, 1985; Illnerová, 1996b). Do produkce melatoninu mohou výrazně zasahovat i jiné vlivy, zejména některé metabolity, léky a elektromagnetické pole. K relativně běžně ordinovaným lékům ovlivňujícím melatoninový okruh řadíme zejména tzv. alfa- a beta-blokátory (alfa- a beta-lytika). Často se užívají k léčbě poruch srdce a cév (např. arytmie, hypertenze). I běžně dostupný Acylpyrin a léky obsahující ibuprofen (analgetika, antirevmatika, antipyretika) negativně působí na syntézu melatoninu, snižují jeho koncentraci. Pacienti při jejich užívání udávají řadu vedlejších účinků, které se vyskytují i u jinak zdravých lidí s deficitem melatoninu. Především jde o poruchy spánku, nálady, orientace, paměti, vidění a únavu. V některých státech jsou již dostupné preparáty s obsahem melatoninu, jimiž se farmaceutické firmy snaží popsané problémy minimalizovat (Mletzko, Mletzko, 1985; Illnerová, 1996b; Halberg, Kenner, Fišer, 2002; Šonka, 2008; Drábková, 2013). Se syntézou melatoninu má souvislost i výskyt a intenzita elektromagnetického pole (nepřímo úměrně: čím vyšší intenzita pole, tím nižší koncentrační vrchol melatoninu). Elektromagnetická pole jsou v dnešní době prakticky všudypřítomná (vysílání rozhlasu, televize, bezdrátový internet, mobilní sítě, elektrické přístroje a instalace). Jejich slabá intenzita činnost epifýzy vážněji nenarušuje, dlouhodobá expozice a vysoké hladiny však již mohou, proto je žádoucí omezování dlouhodobého pobytu v dosahu silných zdrojů elektromagnetického vlnění (vysílače, radary). Velmi diskutováno je působení mobilních telefonů a mikrovlnných trub, přesvědčivé důkazy o jejich škodlivosti však nejsou jednoznačné nebo chybějí (Mletzko, Mletzko, 1985; Halberg, Kenner, Fišer, 2002; Rensing, 2007). Šišinka dokáže ovlivňovat nejen biorytmy, ale též řadu dalších fysiologických funkcí. Někdy je nazývána třetí oko. Kromě melatoninu a serotoninu v ní bylo nalezeno mnoho dalších nervových přenašečů, např. dopamin, noradrenalin, kyselina glutamová, GABA aj. Vznik melatoninu, noradrenalinu a acetylcholinu v šišince je světlem tlumen, zatímco serotoninu, dopaminu a GABA podporován (Illnerová, 1996a; Illnerová, 1996b; Illnerová, Sumová, 2008). 117

118 Změny a poruchy biorytmů V rámci proměnlivosti biorytmů lze zaznamenat tzv. typ skřivan a typ sova. Skřivani jsou brzy ráno plně aktivní, podávají dobrý výkon, ale v časných večerních hodinách u nich již nastupuje útlum. Sovy ráno vstávají později, jejich aktivita během dne postupně nabíhá, v pozdních večerních hodinách jsou schopné podávat dobrý výkon. Poruchy biorytmů se promítají do řady funkcí organismu (Drahoňovská, Přibáňová in Provazník a kol., 1996; Honsová, 2008). K nejčastějším problémům řadíme (Halberg, Kenner, Fišer, 2002; Bourne, Mills, 2006; Drábková, 2013): poruchy spánku (nespavost, nadměrnou spavost); pásmovou nemoc (jet lag syndrom) spojenou s cestováním a překonáváním časového rozdílu; přechod z letního na zimní čas a naopak; kolísání příznaků chorob během dne (alergická rýma je má silně vyjádřené ráno, průduškové astma v noci, revmatické bolesti se hlásí po probuzení, degenerativní změny kloubů a kostí ve druhé půlce dne, cévní příhody srdeční a mozkové se častěji vyskytují ráno a dopoledne); prokázanou souvislost mezi kolísáním krevního tlaku a výskytem cévních příhod (doporučená interpretace hodnot krevního tlaku: normální tlak ve spánku do 120/75 mm Hg, po probuzení do 135/85 mm Hg); infarkt myokardu, jímž jsou vysoce ohroženi lidé, u nichž ve spánku krevní tlak neklesá, trpící navíc diabetem, poruchami ledvin, nadledvin, vysokým stupněm hypertense; častější výskyt cévních mozkových příhod, k němuž dochází u osob, jimž naopak ve spánku výrazně klesá krevní tlak. Chronoterapie Lékaři využívají současných znalostí o biorytmech již delší dobu a zcela promyšleně. Můžeme uvést následující příklady (Illnerová, 1996a; Halberg, Kenner, Fišer, 2002; Bourne, Mills, 2006; Rensing, 2007; Šonka, 2008; Drábková, 2013): biorytmy se podílejí na vzniku a průběhu řady chorob, lze jich též využít k příznivému ovlivnění proběhu nemoci a efektivnější léčbě, udržení dobré úrovně zdraví; nesoulad mezi osvětlením a funkcemi organismu může vyvolat závažné poruchy zdraví; chronoterapie je adjuvantním typem léčby, nenahrazuje klasické metody, ale může je významně potencovat; při klasicky aplikované farmakoterapii se mění rychlost jejího působení a účinek na různé pacienty, u chronoterapie je situace obdobná (záleží na typu léčby, individuálním nastavení biorytmů, stádiu choroby, věku pacienta); fotodynamická terapie (aktivace látek světlem, aby působily v organismu žádoucím způsobem, např. jako cytostatika, léky na kožní onemocnění, imunomodulátory, v očním lékařství, při odstraňování sklerotických plátů a rekanalizaci cév); léčba spánkem (somnoterapie): lze ji využít u vředové choroby trávicího traktu, hypertense, průduškového astmatu, alergií obecně, neuróz, v chirurgii ke zklidnění před a po zákrocích, k podpoře řešení narkolepsie, výhřezů meziobratlových disků, stavů po úrazech, postihuje příčinu a rozvoj choroby, ne jen její příznaky; léčba světlem (fototerapie): navozuje psychickou a fyzickou pohodu, výkon, regeneraci, udržuje dobrou úroveň zdraví; klíčovou úlohu má denní světlo, dobré vidění a zraková pohoda; fototerapie léčí bez vedlejších účinků, harmonizuje vnitřní hodiny s venkovním prostředím, např. u stavů sezónních depresí, nespavosti u seniorů; pro synchronizaci je důležité každodenní vystavení organismu intenzivnímu světlu a pravidelné vstávání v určitou dobu; modré nebo silné denní světlo se pozitivně uplatňuje při zvládání novorozenecké hyperbilirubinémie (novorozenecké žloutenky); studium vlivu světla v nočních hodinách na člověka je komplikované, obtížně se hledá referenční skupina (nevidomé osoby, lidé pracující na noční směny); u osob pracujících na noční směny byl pozorován častější výskyt nádorů prsu a prostaty (zřejmě daný nedostatkem melatoninu jako antioxidantu, již krátké rozsvícení během noci prokazatelně výrazně naruší jeho produkci, a to i na příští noc); využití světla v širším slova smyslu jako nástroje i léčebné metody - lasery v terapii ( nekrvavá chirurgie, menší invazivita, lepší přístup do nitra organismu, zejm. v očním lékařství, onkologii, chirurgii mozku, srdce a cév, břicha, hrudníku, plastické chirurgii, kožním lékařství), kosmetické zákroky; lasery v diagnostice (např. odhalení rakovinné tkáně in vitro i in vivo). 118

119 Aplikace biorytmů ve výuce Křivka výkonnosti Mnohé, co je známo o biorytmech, můžeme s velkými výhodami aplikovat ve výuce. Na základě studia a výzkumů všech hlavních biologických rytmů byla sestavena denní křivka výkonnosti. Z ní vyplývá, že v nejhlubším útlumu se naše tělo nachází kolem 3. hodiny ráno (tzv. subjektivní či biologická půlnoc). Později se pozvolna zvyšuje produkce budivých působků a klesá tvorba melatoninu, čímž dochází k aktivizaci organismu. Cirkadiánní rytmus aktivity lidského těla je bifázický, typicky má tedy dva vrcholy výkonnosti (Haus, 2007; Illnerová, Sumová, 2008). Aktivita organismu prudce narůstá po 6. hodině ranní, vrcholu dosahuje mezi hodinou. Po 13. hodině nastupuje útlum, který je nejhlubší kolem 14. hodiny, poté opět začíná aktivita stoupat. Maximum odpolední aktivity je pozorováno mezi hodinou. Od asi 19. hodiny aktivita těla postupně klesá, organismus pozvolna přechází do spánku (nástup přibližně mezi hodinou) (Haus, 2007; Illnerová, Sumová, 2008). Z pedagogického hlediska je nejvyšší vrchol výkonnosti situován do druhé a třetí vyučovací hodiny. Proto by měly být do rozvrhu v této době zařazeny náročné předměty, u nichž je vyžadováno soustředění a vysoká míra abstrakce, zejména matematika, fyzika, český jazyk, cizí jazyky. V první a čtvrté vyučovací hodině je výkonnost žáků průměrná, vhodná pro předměty středně obtížné, např. biologii, chemii, zeměpis, dějepis. Ke konci dopoledního vyučování je vhodné začlenit tělesnou, výtvarnou nebo hudební výchovu, které představují jistý stupeň relaxace. Odpolední výuka by měla začínat nejdříve v 15 hodin, netrvat déle než dvě hodiny. Domácí příprava mladších žáků by měla končit nejpozději v 19 hodin večer (Chalupa, 1981; Lokšová, Lokša, 1999; Havelková in Kachlík, Mužík, 2008). Soustředěná pozornost, dělení vyučovací hodiny, přestávky Struktura konkrétní vyučovací hodiny vychází z délky tzv. soustředěné pozornosti. Mezi délkou doby soustředěné pozornosti a věkem žáka existuje přímý vztah, který je uveden v tab. 2 (Lokšová, Lokša, 1999; Pokorná, 2000). Ročník a typ školy Délka soustředěné pozornosti 1. ročník ZŠ asi 8 minut ročník ZŠ minut ročník ZŠ minut ročník ZŠ minut ročník ZŠ minut střední škola minut vysoká škola minut Tabulka 2: Souvislost mezi délkou doby soustředěné pozornosti a věkem žáka (Lokšová, Lokša, 1999; Pokorná, 2000) Vyučovací hodinu lze rozdělit na 4 fáze: v první jsou žáci přivítáni a uvedeni do problému, vyřídí se administrativa, ve druhé se pozornost žáků obrací k novému učivu, nebo se věnuje opakování a zkoušení, ve třetí jsou shrnuty a připomenuty klíčové partie učiva, ve čtvrté je zadána domácí příprava a hodina je uzavřena. Nejdůležitější pro pedagogickou praxi je druhá fáze hodiny, kdy je žák nejvíce soustředěn. Tato fáze je nejvýhodnější pro výklad nové látky a její délka přímo závisí na věku žáka, viz tab. 2 (Sarmány, 1993; Lokšová, Lokša, 1999; Pokorná, 2000). Stejně tak, jako je pro efektivní školní práci důležitá vhodná skladba vyučovací hodiny, je pro regeneraci organismu nezbytná přestávka. V praxi se ukázalo, že po 45 minutách výuky je přestávka v délce 5 minut příliš krátká a nedostatečná, pozornost žáků v následujících hodinách velmi rychle klesá.. Trvání přestávky v délce 10 minut není sice ideální, ale přesto výrazně zlepšuje situaci. Její první polovina je využita k obnově sil žáka, druhá k přeladění na následující činnost. Zejména na základní a střední škole pro pedagoga platí, že by měl mít své hodiny pečlivě připravené a naplánované, dodržovat časový rozvrh a jejich skladbu, začínat a končit práci ve třídě včas (Sarmány, 1993; Vágnerová, Valentová, 1992; Bednářová, Šmardová, 2010). Naučené (vnucené) biologické rytmy Denní biologické rytmy jsou nám vrozené, ale existují i jiné biologické rytmy, které jsou naučené, uměle navozené. Jde opět o adaptační odpověď organismu na měnící se podmínky. za příklad poslouží týdenní biologický rytmy. Organismus si je vypěstoval v průběhu času, kdy se dlouhodobě a pravidelně střídaly fáze 5 dnů pracovních a 2 dnů relaxačních. Po naučení začne lidské tělo cyklovat, chová se rytmicky (Sarmány, 1993; Lokšová, Lokša, 1999). Průběh týdenního cyklu můžeme popsat následovně (Sarmány, 1993; Lokšová, Lokša, 1999; Pokorná, 2000; Skočovský, 2004): 119

120 Pondělí je den, kdy aktivita lidského těla postupně nabíhá ; první dvě vyučovací hodiny jsou méně efektivní, proto je vhodné nezařazovat do nich těžší předměty, nové a složité učivo. Úterý je den s nejvyšší týdenní aktivitou, a to dopoledne i odpoledne. Pedagog jej může využít k výuce obtížných předmětů, k opakování a zkoušení. Středa je z hlediska aktivity den mírně nadprůměrný. Nedoporučuje se zařazování odpolední výuky, poněvadž ve čtvrtek úroveň aktivity žáků výrazně klesá. Čtvrtek je den průměrný, pokud žáky nepřetížíme ve středu. Pátek je oproti předpokladům charakteristický mírným nárůstem aktivity žáků. Jistě se uplatňuje i vliv psychiky a motivace v podobě nadcházejícího volného víkendu. Sobotu a neděli lze považovat za dny mimořádné. Pro přípravu žáků, ale i pedagogů na výuku příštího týdne je s výhodou možné využít sobotního dopoledne, lidská aktivita mírně stoupá, odpoledne však nastupuje útlum, který pokračuje i po celou neděli. Domácí přípravu je proto vhodné realizovat v sobotu dopoledne, v neděli k večeru lze lehce zopakovat naučená fakta. Nový pohled na stárnutí V poslední době byla uskutečněna řada zásadních výzkumů, které vědce i laickou veřejnost donutily k dramatické změně pohledu na biorytmy vázané na živé systémy. V 90. letech minulého století pracoval ruskoitalský tým s geneticky stejnorodými skupinami myší. První skupina byla tvořena mladými jedinci, druhá naopak starými. Všechny myši byly uspány, byly jim otevřeny lebky a vzájemně vyměněny jejich epifýzy (mladé myšky získaly šišinky od starých, a naopak). S přihojením žláz nebyly spojené větší problémy, poněvadž myší populace byla geneticky identická. Po určité době bylo zaznamenáno, že skupina mladých myší začala chřadnout, rychle zestárla a dožila se jen dvou třetin průměrného myšího věku. Skupina starých myší naopak velmi dobře prospívala a dožila se o polovinu delšího věku, než byl průměrný (Pierpaoli, Lesnikov, 1994; Pierpaoli, Regelson, 1994). Ze studie vyplývá, že biorytmy nejsou jen pouhou reakcí organismu na nějaké změny, ale harmonizačním činitelem a udavatelem rytmy v celém živém systému. V případě, že se zhroutí, začne váznout a vypadávat vzájemná komunikace a synchronizace jednotlivých orgánů a orgánových soustav v těle. Tyto poznatky dovolují zcela nový pohled a chápání stárnutí. Nejde tedy jen o pouhé opotřebování a vyčerpání těla, hromadění metabolických zplodin a genetických chyb, ale jeho důležitou příčinou a součástí je selhávání biorytmů (Pierpaoli, Lesnikov, 1994; Pierpaoli, Regelson, 1994). Závěr Na lidský život a zdraví má vliv celá řada faktorů, biorytmy jsou jedním z nich. Nelze si tedy myslet, že harmonizací biorytmů a dodáváním melatoninu zmizí všechny naše neduhy. Reálně můžeme poznatků o lidských biorytmech využít k efektivnější práci i odpočinku, naučit se vycítit a respektovat potřeby vlastního těla. Můžeme aktivně zasáhnout do svého životního stylu, pokusit se minimalizovat rizikové chování a posílit působení ochranných faktorů. Zdraví je jednou z nejcennějších hodnot, která nám byla dána. Měli bychom se o ni dobře starat, chránit ji a rozvíjet. Zda si tento fakt uvědomíme, provedeme osobní inventuru a přijmeme osobní zodpovědnost, je již na každém z nás. Bibliografie 1. Anwar, Y.A., & White, W.B. (1998). Chronobiologie, chronopatologie, chronoterapie. Published August 19, Retrieved February 11, 2013, from 2. Bednářová, J., & Šmardová, V. (2010). Školní zralost, Brno: Computer Press. ISBN Berger, J. (1995). Biorytmy: tajemství vlastní budoucnosti. Praha: Paseka. 126 s. ISBN Boden, M. J., & Kennaway, D. J. (2006). Circadian rhythms and reproduction. Reproduction, 132(3), Bourne, R. S., & Mills, G. H. (2006). Melatonin: possible implications for the postoperative and critically ill patient. Intensive Care Med, 32(3), Cornélissen, G. et al. (2004). Symposium Chronobiology in medicine: proceedings: dedicated to the 85th anniversary of professor Franz Halberg. Brno: Národní centrum ošetřovatelství a nelékařských zdravotnických oborů ve spolupráci s Masarykovou univerzitou. 46 p. ISBN Cromie, W. J. (1999). Human biological clock set back an hour. Published July 7,1999. Retrieved February 11, 2013, from 8. Drábková, J. (2013). Melatonin v perioperační a intenzivní medicíně. Retrieved February 11, 2013, from 9. Drahoňovská, H., & Přibáňová, H. (1996). Světlo a osvětlování. In Provazník, K. a kol. (Eds.), Manuál prevence v lékařské praxi 3: Prevence nepříznivého působení vlivů obytného prostředí na zdraví. Praha: SZÚ. 112 s. ISBN

121 10. Halberg, F., Kenner, T., & Fišer, B. (Eds.). (2002). Importance of chronobiology in diagnosing and therapy of internal diseases : dedicated to the 60th anniversary of professor Jarmila Siegelová: proceedings. Brno: Institut pro další vzdělávání pracovníků ve zdravotnictví. 206 p. ISBN X. 11. Haus, E. (2007). Chronobiology in the endocrine system. Elsevier, 59(9-10), Havelková, M. (2008). Biorytmy, jejich význam pro zdraví a jejich využití v pedagogickém procesu. In Kachlík, P., & Mužík, V. (Eds.), KALOKAGATHIE XI. Fórum výchovy ke zdraví. Brno: Masarykova univerzita, s ISBN Havelková, M., & Kachlík, P. (2008). Biorytmy, jejich význam pro zdraví a jejich využití v pedagogickém procesu. Přednáška na 4. konferenci Škola a zdraví 21 a 36. konferenci pro podporu zdraví dětí a mládeže. Brno: Pedagogická fakulta MU, Hildebrandt, G. (1976). Biologische Rhythmen und Arbeit: Bausteine zur Chronobiologie und Chronohygiene der Arbeitsgestaltung. New York: Springer-Verlag. 137 p. ISBN Honsová, D. (2008). Biočas a biorytmy. Published February 5, Retrieved January 14, 2013, from Chalupa, B. (1981). Pozornosť a jej úloha v psychickej regulácii činnosti. Bratislava: Slovenské pedagogické nakladateľstvo. ISBN Illnerová, H. (1994). Blížíme se k poznání podstaty biologických hodin? Vesmír, 73(8), ISSN Illnerová, H. (1996a). Melatonin a jeho působení. Vesmír, 75(5), ISSN Illnerová, H. (1996b). Melatonin, jeho tvorba a působení. Chemické listy, 27(3). Published November 11, Retrieved February 11, 2013, from Illnerová, H. (1996c). Nález dalších biologických hodin u savců? Vesmír, 75(7), 405. ISSN Illnerová, H., & Sumová, A. (2008). Vnitřní časový systém. Psychiatria pre prax, 9(5), Retrieved February 11, 2013, from Jež, P. (2010). BIORYTMUS - znáte nebo neznáte?. Published October 21, Retrieved January 14, 2013, from Lokšová, I., & Lokša, J. (1999). Pozornost, motivace, relaxace a tvořivost dětí ve škole. Praha: Portál. ISBN X. 24. Mletzko, H. G., & Mletzko, I. (1985). Biorhythmik: Elementareinführung in die Chronobiologie. Wittenberg/Lutherstadt: A. Ziemsen.184 p. 25. Pierpaoli, W., & Lesnikov, V. A. (1994). The pineal aging clock. Evidence, models, mechanisms, interventions. The Aging Clock. Third Stromboli Conference on Agingand Cancer, June Ann. N.Y. Acad. Sci. 719, Pierpaoli, W., & Regelson, W. (1994). Pineal control of aging: effect of melatonin and pineal grafting on aging mice. Proc. Natl. Acad. Sci. 94, Pokorná, V. (2000). Rozvoj vnímání a poznávání. Praha: Portál. ISBN Rensing, L. (2007). From the biological clock to chronopharmacology. Nihon Shinkei Seishin Yakurigaku Zasshi, 27(3), Sarmány, I. (1993). Biorytmy v školskej činnosti príspevok k školskej ergonómii. Československá psychologie, 37(6), ISSN X. 30. Scheving, L. E., Halberg, F., & Pauly, J. E. (1974). Chronobiology. Stuttgart: Georg Thieme Publishers. 784 p. ISBN Skočovský, K. D. (2004) Chronopsychologie: výzkum rytmicity v lidském chování a prožívání. Československá psychologie, 48(1), ISSN X. 32. Strunecká, A., & Patočka, J. (2005). O šišince, světle, serotoninu a depresi. Psychiatrie, 9(2), ISSN Šonka, K. (2008). Úloha melatoninu u cirkadiánních poruch. FarmiNews, 2, Retrieved February 11,.2013, from Špérová, L. (2008) Cirkadiánní rytmy u člověka. Bakalářská práce. Brno: Přírodovědecká fakulta MU, ústav antropologie. 61 s. Vedoucí práce: RNDr. Miroslav Králík, Ph.D. Published May 23, Retrieved January 9, 2013, from Vágnerová, M., & Valentová, L. (1992). Psychický vývoj dítěte a jeho variabilita. Praha: UK. ISBN Poděkování Autor děkuje paní doc. MUDr. Marii Havelkové, CSc., která se dlouhodobě věnuje biologii a elektronové mikroskopii, za poskytnuté materiály, rady, připomínky a podněty. 121

122 Možnosti realizace geofyzikálních měření pomocí moderní součástkové základny Jan Klimeš ml., Hvězdárna v Úpici Abstrakt: V dnešní době velice rychle přibývá spousta zajímavých obvodů, které jsou primárně určeny pro použití v mobilních přístrojích denní potřeby. Při vývoji těchto obvodů se některé firmy rozhodly využít svých zkušeností vyvinout obvody trochu lepších parametrů pro potřeby náročnějšího klienta. V příspěvku si ukážeme základní typy dostupných obvodů, jejich výkonnější alternativy a také se seznámíme s prvními zkušebními výsledky použití několika takových obvodů pro potřeby naší hvězdárny as ohledem na pozdější možnosti pro amatérská pozorování v domácnostech či terénu. 1. Úvod V dnešní době je patrná rostoucí poptávka po různých datech. Mmohé subjekty od úřadů přes školy až po jednotlivce se začínají pídit po informacích o zemském magnetismu či seismické aktivitě. Tato skutečnost vedla autora příspěvku k hledání možností, jak snadno a s minimálmími finančními nároky uspokojit co nejširší okruh zálemců. Díky masivnímu rozvoji mobilních technologií (mobilní telefony, tablety, automobilový průmysl a podobně) lze v současné době vybírat z řady zajímavých komponent, které mohou dobře posloužit při řešení dané problematuky. 1. Magnetometr Pro realizaci jednoduchého 3 osého magnetometru je k dispozici na trhu celá řada víceméně stejných obvodů, z nichž nejznámější je řada MAG. V našem příspěvku se budeme krátce věnovat typu MAG3110. Tento obvod je určen k širokému užití v spotřební elektronice, takže disponuje nízkopříkonovým pracovním režimem, Pro nás zajímavější je rozsah měření +/- 1 mt (+/- 10 G) při rozlišení pod 100 nt (1 mg) v každé ose, vzorkovací frekvence měření až 80Hz a komunikace s nadřízeným členem pomocí I2C sběrnice na frekvenci až 400 khz. Na obrázku 1,2 a 3 je vidět zhruba 18-tihodinový záznam z aparatury, obsahující právě tento obvod. Obr. 1: Severojižní osa MAG

123 Obr. 2:MAG3110, složka V-Z Obr. 3: Vertikální složka MAG3110 Je zde vidět reakce na kontrolní průchod s knoflíkovým permanentním magnetem ve vzdálenosti 6 m od čidla ve směru S-J, dále běžný šum ve složce V-Z (v daném intervalu se nevyskytl žádný významější geomagnetický jev) a vertikální nefiltrované složka vykazuje četnou aktivitu mobilů, protože měření probíhalo v době slavnostní večeře pro účastníky konference. Tato večeře byla situována opět cca 6 m od čidla. Celá aparatura je pak realizována vývojovým kitem Freescale Xintric EVK (Freedom KL25Z + deska čidel), obsahující USB rozhraní, mikroprocesor ARM M0+ (KL25Z) a jednotliv vstupně výstupní komponenty (kapacitní slider, RGB LED dioda, akcelerometr MMA 8451Q, deska čidel pak akcelerometr MMA8491Q, magnetometr MAG3110 a tlaloteplotní čidlo MPL 3115A2). Celková cena cca 300 Kč. Oproti tomu lze za zajímavou cenu pořídit i poloprofesionální mikrokontrolérovou soustavu pro terénní geomagnetická měření s označením RM3100 firmy PNI. Tato soustava obsahuje kalibrační jednotku, rozhraní SPI a I2C, dále vlasní soustavu tří kolmo na sebe orientovaných magnetorezistivních čidel nové generace od PNI. Čidla mají měřící rozsah +/- - 8 G), rozlišení v závislosti na rychlosti vzorkování Hz) nt (což je 500 který se postará o vyčítání dat, režim měření a následné předání naměřeného materiálu uživateli. Tatu část 123

124 elektroniky je opět možno realizovat celou řadou nabízených kitů či řešit přímo vlastním návrhem na platformě čtenáři blízké, bez nějakých závratných částek. 2. Akcelerometr Jak bylo uvedeno výše, dá se za velmi příznivé ceny koupit i sestava, obsahující zajímavé obvody k měření vibrací, změny poloh a dalších záležitostí. Řada těchto součástek umožňuje přímé měření zrychlení v jednotlivých kanálech. Zajímavé jsou z tohoto hlediska obvody obecně značené MMA. Na vývojovém kitu FRDM KL25Z je osazen takovýto obvod ve verzi 8451Q, na rozšiřující desce, která se dá koupit i samostatně, pak vedle dalších čidel trochu možnostmi chudší bratříček 8491Q. Oba obvody mají tři různé pracovní režimy, a to akcelerometr, náklonoměr a detektor volného pádu, oba mají možnost přepínat binární rozlišení vzorků mezi 8 a 14 bity, stejný je rozsakh vzorkování 1, Hz, FIFO na 32 vzorků, filtr typu horní propust, I2C sběrnice až na 2 Mhz. Liší se pouze tím, že 84 91Q má pevně stanovený rozsah měření +/- 8g, lepší 8451Q tento rozsah může jednak dynamicky (dle okamžitých podmínek měření) nebo uživatelsky napevno měnit mezi hodnotami 8/4/2 g oběma směry. Tím se dostáváme při 14-bitovém převodu na rozlišení lepší než 0,25 tisícin tíhového zrychlení Země (pro představu asi 2,5 mm/s2). Tyto hodnoty sice nemohou ani zdaleka konkurovat profesionálním prostředkům, celou řadu seismických událostí ovšem již jsou schopny spolehlivě zachytit, o školním užití nemluvě. 3. Závěr V dnešní době je pro řadu oblastí možno s investicí v řádu stovek korun pořídit měřící aparaturu pro získání základních informací o vybraných geofyzikálních poměrech v daném místě. Tato měření lze bez problému vzít do terénu, vytvořit vlastní síť měřicích bodů nebo názorně demonstrovat principy a problémy měření ve školách a ještě se zdokonalit v dovednostech moderní doby, zvláště programování nových součástek. Při dnešním trendu vývoje navíc v brzké budoucnosti nám součástková základna umožní dojít k ještě lepším výsledkům. 124

125 50 let registrace SEA na hvězdárně v Úpici Radovan Mrllák, Hvězdárna v Úpici Abstrakt: V článku je představena metoda nepřímé detekce slunečních erupcí pomocí sledování jevu atmosferiků ( SEA náhlá zvýšení atmosferiků) a padesátiletá historie jejich registrace na Hvězdárně v Úpici. Abstract: The SEA (Sudden Enhancements of Atmospherics) method of undirect detection of solar flares is presented in this paper, as well as and fifty years history of their registration at the Observatory Úpice. Letos tomu bude už 50 let, co na hvězdárně v Úpici začala nepřímá registrace slunečních erupcí pomocí monitorování stavu ionosféry. SEA - SUDDEN ENHANCEMENTS OF ATMOSPHERICS NÁHLÉ ZESÍLENÍ ATMOSFERIKŮ. ATMOSFERIK - elektromagnetická porucha, vyvolaná bleskovým výbojem v atmosféře. Porucha se šíří jako skupina vln a v rádiovém příjmu se projevuje ostrým zaprasknutím, popřípadě jako hvizd. Tyto atmosferiky se šíří z místa vzniku odrazem od ionosféry. Ionosféra je vrstva atmosféry, rozprostírající se od 50 do 700 kilometrů nad zemským povrchem. Je složena z neutrálního plynu, iontů a elektronů. Sestává z několika vrstev, jmenovitě D, E, F1 a F2. Vrstvy F1 a F2 se v noci spojují do jediné vrstvy F. Vrstvy E, F1 a F2 mají dostatečně nízkou hustotu, aby rekombinace nepřevládla nad ionizací a vrstva tak zůstala ionizovaná. Pro radiové pozorování atmosferiků je důležitá D vrstva ionosféry. Její hustota je tak vysoká, že potřebuje neustálý tok ionizačního záření, tedy slunečního záření, aby zůstala ionizovaná. V noci kdy tok slunečního záření ustane, D vrstva zaniká. Díky této vlastnosti pružně reaguje na změny toku záření ze Slunce změnou stupně ionizace. Další efekt, který radiové pozorování atmosferiků využívá, je přenos radiového signálu pomoci ionosféry. Ten se pomocí odrazu od ionosféry přenáší na vzdálenosti tisíců kilometrů. Ionosféra má vlastně plazmové skupenství a jednou z jeho vlastností je plazmová frekvence. Je to přirozená frekvence kmitů elektronů v elektrickém poli iontů a závisí na koncentraci volných elektronů v plazmatu. Čím vyšší počet volných elektronů - a tedy i iontů v plazmatu - tím vyšší plazmová frekvence. Vlny s vyšší frekvencí, než je plazmová frekvence, plazmatem bez problémů procházejí, vlny s frekvencí nižší jsou naopak odráženy. Jedná se vlastně o lom elektromagnetického vlnění. Známější je asi lom světla - taky elektromagnetického vlnění. Vlny jsou odráženy s intenzitou závislou na stupni ionizace větší stupeň ionizace = vyšší intenzita odrazu. A tady dostáváme výslednou posloupnost. Zaznamenáváme signál atmosferiků na určité klidové hladině. Při sluneční erupci se zvýší tok záření, což má za následek zvýšenou ionizaci ionosféry, ta zas zvýšenou intenzitu odrazu signálu a na záznamovém zařízení se to projeví jako pík. Počátky monitorování SEA spadají až do roku Tenkrát při expedici za zatměním Slunce v Bulharsku položil dr. Křivský dotaz tehdejšímu řediteli úpické hvězdárny panu Mlejnkovi, zda by bylo možné sestrojit a provozovat přijímač na registraci SEA v Úpici. Odpověď byla kladná. Po návratu domů dr. Křivský zapůjčil hvězdárně schéma k přijímači a doporučil konzultaci s autorem přijímače ing. Sixtou z ústavu elektrotechniky a radiotechniky ČSAV. Následně byla započata výroba přijímače ing. Kubíkem z Transporty. Přijímač byl dokončen až v roce 1963 a začaly první testy. Dovolím si krátkou citaci - podle slov bývalého ředitele pana Vladimíra Mlejnka v jeho pamětech v roce 1964 Přijímač dělal vše jen ne to, co jsme od něho žádali. Vzal jsem přijímač a odvezl do Ústavu elektrotechniky a radiotechniky ČSAV ing. Sixtovi po předchozí poradě. Za krátkou dobu jsem si pro něj znovu dojel. Dostal jsem zpět součástky ze starého a kompletní nový přijímač, který když jsme jej doma zapojili, začal velice dobře registrovat. Tak od roku 1965 začala pravidelná registrace SEA na frekvenci 27 khz, která trvá dodnes. Už v roce 1969 vyšly první registrace v bulletinu v USA. Registrace SEA byly zpracovávány J. Klimešem, který je vyhodnocoval a porovnával s registracemi ondřejovskými. Začal tak vznikat katalog všech registrací od počátku práce přijímače. V roce 1971 byl dokončen. Byl rozmnožen a zaslán na 56 stanic, z toho 32 stanicím v 18 státech světa, 6 pro vědecké ústavy v ČSSR, 6 pro potřeby klinik a nemocnic (lékařů) a 12 pro lidové hvězdárny. Těmto všem stanicím bylo započato s posíláním pokračování každý měsíc ihned po zpracování. V roce 1971 byla hvězdárna v Úpici zařazena do mezinárodní sítě pozorovatelů SEA. V roce 1975 uveden do provozu nový tranzistorový přijímač pro SEA na 27 khz. Zvláštností těchto přijímačů je, že oproti pravověrné konstrukci SEA přijímače byl u těch našich poněkud zhoršen poměr signál šum. To se projevuje na registracích větší nestabilitou křivky (větší potíže při odečítání velmi slabých efektů), ale výrazně stoupla citlivost metody. Rázem se tak z primitivní a nejstarší metody registrací SEA stala při použití takovéhoto přijímače metoda konkurenceschopná těm nejnovějším, nejšpičkovějším, nejcitlivějším a nej (dražším) technologiím. Což lze doložit v SGD bulletinech. 125

126 Jak už bylo výše zmíněno, data z registrací atmosferiků, spolu s dalšími výstupy našeho slunečního pracoviště, slouží pro řadu účelů a také výzkumných projektů. Tím nejznámějším a pro laického čtenáře asi i nejzajímavějším je asi varovný systém pro zdravotníky, který fungoval perfektně na základě výsledků společné práce dr. Vojtěcha Kopeckého z tehdejšího OÚNZ Trutnov a Jana Klimeše staršího až do poloviny 80. let minulého století. Základem byla prokázaná souvislost mezi erupční aktivitou Slunce a zvýšeným výskytem náhlých cévních příhod včetně jejího časového průběhu. Tento varovný systém byl posléze přes nesouhlas obou autorů nahrazen volným šířením průběžných informací o sluneční aktivitě sdělovacími prostředky. Což místo očekávaného přínosu vedlo naopak k problémům a umělému snížení výpovědní hodnoty celé práce. Rozdíl totiž je v tom, že v původním pojetí o razantní změně pozemských podmínek věděli ti, kteří vědět měli zdravotníci a nikoli také pacienti. Takto celá řada lidí najednou má o důvod víc, proč být nemocen. A lékař pak musí složitě zjišťovat, zda líčené obtíže jsou skutečné či nikoli. V dnešní době jsou výsledky měření po zpracování panem Janem Klimešem starším odesílány do Světového datového centra pro pozemskou solární fyziku (World Data Center A for Solar Terrestrial Physics) v Boulderu v Colorádu. Prostřednictvím tohoto centra jsou spolu s daty z dalších slunečních observatoří a satelitů archivovány v Národním úřadě pro oceán a atmosféru NOAA v USA. Za padesát let registrací atmosferiků bylo v Úpici zaznamenáno událostí. Můžeme říct, že bylo nepřímo zaznamenaných slunečních erupcí. 126

127 Další rok s radiovou registrací meteorů v Úpici a Jaroměři Marcel Bělík (1,2) (1) Hvězdárna v Úpici (2) Východočeká pobočka České astronomické společnosti Abstrakt: V příspěvku jsou popsány příklady některých pozorování radových meteorů na Hvězdárně v Úpici i na pobočné stanici v Jaroměři. Jsou ukázány nejen jednotlivé případy, ale i pozorování několika zajímavých meteorických rojů. One swallow does not make a summer - another year with registrations of radio meteors in Upice and Jaromer Abstract: here are described several examples of meteors observations at the Upice Observatory and on branch station in Jaromer in this paper. Not only individual cases of radio meteors, but also several interesting observations of meteor showers are shown. Úvod Radarová pozorování meteorů prožívala v profesionálních aplikacích československých observatoří svou konjunkturu zejména v poválečných letech minulého století. Rozvoj radiové techniky tehdy směřoval pozorování zejména eměrem aktivních radarů, pracujících na podobném principu jako klasické letecké či lodní radarové systémy. Tyto aparatury byly poměrně velmi technicky náročné a vymykaly se tedy možnostem masového využití, tím méně využití amatérskými astronomy. Rozvoj radiové techniky, součástkové základny i výpočetní techniky včetně softwarové podpory umožnil využití jiných pozorovacích metod, jednak dostupných až do oblasti amatérské astronomie, jednak využívající jiných, nebo modifikovaných, metod detekce průletu meteorického tělíska zemskou atmosférou. Před několika lety vznikla skupina amatérských astronomů, zabývající se tzv. pasivním odrazem signálu vzdálených radiových zdrojů od ionizované meteorické stopy i v České republice a vytvořila pozorovatelskou síť Bolidozor (obr.1). Ta využívá signálu vojenského radaru Graves umístěného ve Francii k detekci průletu meteorů. Obr. 1: Stanice pozorovatelské sítě BOLIDOZOR 127

128 V dalším textu budou prezentovány některé příklady pozorování pořízená v rámci pozorovací sítě na stanicích v Jaroměři a v Úpici. Camelopardalidy února 2004 byla systémem LINEAR (1m Lincoln Near Earth Asteroid Research) objevena komety 209P/Linear. Obr. 2: Snímky komety 209P/LINEAR, včetně dalekohledu Linear ( Pro rok 2014 byla předpovězena zvýšená aktivita, respektive první předpovězená, meteorického roje souvisejícího s touto kometou (The Institut de Mecanique Celeste et de Calcul des Ephemerides (IMCCE) viz. obr.3). Období maxima bylo vypočteno na noc z 23. na 24. května 2014, spíše do dopoledních hodin 24. května. Odhadovaná frekvence byla až 200 meteorů za hodinu. 128

129 Obr.3: Aktivita meteorického roje souvisejícího s kometou 209P/LINEAR (The Institut de Mecanique Celeste et de Calcul des Ephemerides (IMCCE)). Vizuální pozorování zachycují narůstající aktivitu okolo 8 hodiny ranní (UTC), jak je naznačeno na obr.4. Dále již nebyla vizuální pozorování možno díky východu Slunce. Obr. 4: Průběh vizuálního pozorování roje ( Obr. 5: Průběh radiového pozorování Jak je vidět z obr. 5, jež představuje záznam z radiového pozorování z 23. (modrá), 24. (červená) a 25. (žlutá) května 2014, vykazují radiové odrazy téměř naprostý souhlas jednak s předpovědí, jednak i s vizuálními pozorováními. 129

130 Leonidy 2014 Meteorický roj Leonid je jedním z typických rojů meteorické astronomie. Jeho slavná periodicita 33 let, doprovázená tzv. meteorickými dešti, tedy úkazy s pozorovanými frekvencemi přesahujícími stovky meteorů za hodinu, jej řadí do typických pozorovatelsých aktivit. Předpovězené maximum ( mělo nastat přibližně ve 22:02 UT 17. listopadu Radiová pozorovní úpické hvězdárny však vykazují téměř charakteristický profil meteorického sporadického pozadí (obr. 6.) Obr.6: Radiový záznam 2 nocí v období okolo maxima roje Leonid 2014 (Hvězdárna v Úpici) Geminidy 2014 Jeden z nejaktivnějších stabilních meteorických rojů současné doby představuje téměř 120 viziálně pozorovaných meteorů za hodinu během svého maxima. Maximum pro rok 2014 bylo očekáváno na 14. prosince ve 12 hod UT ( obr.7). Obr. 7: Vizuální pozorování meteorického roje Geminid 2014 ( Obr. 8: Radiová pozorování roje Gemninid ze dní 13. a ze stanice Jaroměř. 130

131 Radiová pozorování ze stanice Jaroměř ukazují ploché maximum v dopoledních hodinách tedy o cca 6 hodin dříve vůči předpovědi (obr. 8). Kvadrantidy 2015 Vzhledem k tomu, že organizace IMI ( nepublikuje vizuální pozorování tohoto roje, přikládáme pouze radiová pozorování ze stanice Jaroměř (obr. 9). Obr. 9: Radiová pozorování maxima roje Kvadrantid Závěr: V příspěvku jsou ukázány výsledky pozorování některých meteorických rojů ve srovnání vizuálních a radarových pozorování. Ukazuje se, že průběh maxim radiových pozorování a pozorování vizuálních mnohdy sobě neodpovídají, opřesnou odpověď na otázku proč v současné době neznáme. Další vývoj celé sítě Bolodozor však slibuje řešení mnoha otázek s meteorickými roji spojenými. 131

132 Speciální teorie relativity (poznámky) Jiří Mihola Vysoká škola finanční a správní Praha, výstup pro projekt SVV 7427, jiri.mihola@quick.cz Přesto, že laická a většina odborné veřejnosti nemá pochyb o Einsteinově 1 genialitě a tudíž o kvalitě jeho díla, jsou odborníci, kteří mají a v době jeho působnosti měli o některých jeho závěrech významné pochybnosti. Významným zdrojem ověřitelných informací pro mě byly přednášky prof. Jána Šrama na téma prostor a čas a o vesmíru. Vzhledem k tomu, že Einstein nebyl dobrý matematik, opíral se v tomto oboru o Marcela Grosmanna. Avšak zapomněl se o něm zmínit stejně jako o Voigtovi, Fitzgeraldovi, Lorentzovi, Poincaréovi, Hasenöhrlovi, od kterých opisoval. Speciální teorie relativity je založená na matematických rovnicích Fitzgeralda a Lorenze, přičemž na rozdíl od nich Einstein mohl zveřejňovat svoje téze v renomovaných odborných novinách, jen díky protekci vlivného Röntgena 2. O Einsteinově ženě Mileve, též málokdo ví, že to byla ona, která kontrolovala a opravovala jeho výpočty. Röntgen nerozuměl matematice a ani Einsteinovým diletantským nápadům. Tak si Einsteinovi elaboráty, spolu se všemi matematickými chybami, dostaly do análů fyziky. Mnoho matematických chyb, kterých si Röntgen nevšiml, průběžně korigoval Planck, který nechtěl ztrapnit kuratorium análů fyziky. Röntgenov asistent Abram Fiodorovič Joffe 3 nazval Einsteina "neohrabaným učitelem ze základní školy". Objevitel izotopie, americký nositel Nobelovi ceny Frederick Soddy na kongresu nositelů Nobelovi ceny v Lindau prohlásil: "Kdyby se školák dopustil kardinálního zločinu a upravoval svoje čísla tak, aby se nakonec dostal ke správnému výsledku, byla by to hanba pro celou školu. Tyto teorie o relativitě jsou vysoko transcendentní povahy, na samé hranici bizarnosti a směšnosti (transcendentní je nereálný, nadpřirozený, vymykající se rozumovému a smyslovému poznání), takže vzniká oprávněná otázka, do jaké míry je to ještě možno považovat za vědu, přičemž podle mého názoru to musí být konečně jednou označené za krok vzad, do říše fantazie a mysticismu." Mnoho rozporů spočívá už v samotných rovnicích. Nepracuje se s nimi čistě; systémy pohybující se se světlem jsou házené do stejného hrnce s těmi, které jim jdou naproti; rychlost světla je v rovnicích zakotvená jako konstanta, takže po dlouhém počítání vychází najevo - jaký zázrak! Rychlost světla je konstantní! Speciální teorie relativity je fyzikální teorie publikovaná r Albertem Einsteinem. Rozvíjí Newtonovy představy o prostoru a čase. Teorie se nazývá speciální, protože popisuje pouze zvláštní případ Einsteinova principu relativity, kdy vliv gravitace lze zanedbat. Zkoumá se tedy jaký vliv má posun jedné kartézské 5 soustavy ve směru jedné její osy na chod hodin v soustavě zafixované, vůči chodu hodin rovnoměrně přímočaře se pohybujících. Vedle dilatace času se zkoumá též dilatace rozměru ve směru pohybu. Příklad 1. Důsledky konečné rychlosti šíření informace. Předpokládejme, že se informace o chodu nějakých stabilních (nepohybující se) hodin šíří přímočaře k nějakému pozorovateli ve vzdálenosti (b) konstantní rychlostí (c). Rychlost (c) je konečná daná způsobem přenosu informace, kterou může být světlo, zvuk nebo např. nějaká osoba - posel. Pozorovatel Tedy získá informaci o tom, že na hodinách bude (t 0) hod. za dobu Na hodinách bude v tu dobu již čas t = c/b (1) t 1 = t 0 + t (2) Pokud se bude pozorovatel také pohybovat rovnoměrnou rychlostí (v) směrem od hodin budou se mu jevit při stálém přísunu informací o chodu stabilních hodin oproti hodinkám, které bude mít sebou jako zpomalené, zastavené, rychlejší nebo také rekurzivní. Čas (t) měřený na stabilních hodinách a hodinách pohybujících se běží stejným tempem. Pokud budeme sledovat stabilní hodiny a budeme se přitom pohybovat přímočaře konstantní rychlostí (v) směrem od stabilních hodin, budou se nám jevit čas plynoucí na stabilních hodinách (t ) jinak podle toho jaký bude poměr mezi rychlostí šíření signálu ze stabilních hodin a rychlostí, kterou se budeme pohybovat. Pokud bude například rychlost šíření signálu ze stabilních hodin (c) shodná s rychlostí pozorovatele (v), pak se mu budou jevit stabilní hodiny jako zastavené, tj. t = 0. Pokud bude (v) menší než 0, znamená to, že se pozorovatel od stabilních hodin nevzdaluje, nýbrž se k nim naopak přibližuje. Pět základních případů jsou zachyceno v tabulce 1: 1 Albert Einstein (* ; ), Univerzita v Curychu, Nobelova cena za fyziku 1921) 2 Wilhelm Conrad Röntgen (* ; ), Univerzita v Curychu, Nobelova cena za fyziku 1901) 3 Abram Fiodorovič Joffe (* ; ), Mnichovská univerzita, akademik 4 Frederick Soddy (* ; ), Merton College, Oxford, Nobelova cena za chemii 1921) 5 Údaje této první části příspěvku pochází z především z přednášek (Šramo, 2014a, 2014b) 132

133 Tabulka 1 Vztah relace rychlostí a relace časů relace rychlostí podíl rychlostí relace časů důsledek stabilní hodiny se jeví 1 v = 0 v/c = 0 t = t jdou stejně 2 v < c v/c < 1 t < t pomalejší 3 v = c v/c = 1 t = 0 zastavené 4 v > c v/c > 1 t < 0 rekurzivní 5 v < 0 v/c < 0 t > t rychlejší Příklad 2. Ilustrace situace, kdy se chod stabilních hodin jeví jako rekurzivní. Tento příklad slouží pro ilustraci situace 4, kde se nám může zdát, že stabilní hodiny běží rekurzivně, tj. opačně. Představme si, že v 5:30 h. prochází kolem věžních hodin na náměstí pošťák. Pošťák, který bude nositelem informace o chodu věžních hodin, se pohybuje rychlostí 2 km/h, takže za každou půlhodinu, jej můžeme zastihnout o 1 km dál. Budeme předpokládat, že se pohubuje rovnoměrně přímočaře. Pokud přijde pozorovatel k věžním hodinám např. v 8.00 h. a bude chtít vědět co se v okolí věžních hodin dělo např. v 5:30 h., stačilo by, aby šel rychleji a pošťáka dohnal. Pokud by prošel kolem věžních hodin každou půl hodinu jiný pošťák, mohl by se dozvědět co se u hodin dělo průběžně. Chod hodin na věži by se mu pak jevil vzhledem ke svým hodinkám podle toho, jaká situace z tabulky 1 nastane. Skutečnost že platí případ 1 a 3 z tabulky 1 znamená, že v diagramu 2, kde ose y bude čas (t ) a ose x bude rychlost (v) lze zakreslit body [0, t] a [c=v; 0]. Pro zachycení všech ostatních případů vzájemných relací rychlostí (v) a (c), lze tyto body spojit přímkou. Graf 1 Ilustrace relací z tabulky 1 t c 133

134 Rovnice této přímky je Tato rovnice vyjadřuje mezi oběma uvažovanými časy (t ) a (t). t = t.(1-v/c) (3) Skutečnost, že se vám při velkých rychlostech jeví stabilní hodiny jako pomalejší, se promítne např. do toho, že dopravní prostředky jedoucí běžnou rychlostí se vám budou jevit jako velmi pomalé. Stačí se projet nějakým rychlovlakem, který jezdí 4 až 5 x rychleji než běžné dopravní prostředky. Já jsem měl takový zážitek při jízdě šanghajským Maglevem. Tzv. Lorensova transformace 6 je nelineární a spojuje uvedené body částí elipsy, pro čež podle mého názoru není žádný důvod. t = t. (1-v 2 /c 2 ) (4) Ze vztahu (3) vyplývá pro různé (v) vzhledem k pevnému (c) následující transformační vztah mezi časy t a t Graf 2 Transformace časů podle vztahu (3) 6 Viz (Taylor, 2012, s. 107, vztah L-2) 134

135 Jak by vypadala tato transformace časů při přímočarém rovnoměrně zrychleném pohybu pro -2 < a < 2 ukazuje graf 3 t = t.(1-t.a/c) (5) Pokud budeme zvažovat jako nositele informace o chodu stabilních hodin světlo, musíme vzít v úvahu, že světlo je v rámci korpuskulární povahy chápáno jako pohyb fotonů, představujících určité kvantum elektromagnetické energie, na kterou působí gravitace. V reálném vesmíru se světlo nemůže pohybovat ani přímočaře ani rovnoměrně! Rovnoměrný přímočarý pohyb světla by byl možný pouze ve vesmíru s rovnoměrně rozloženou hmotou nebo bez hmoty (v absolutním vakuu). Ani jeden z těchto stavů není možný!! V reálném vesmíru se rychlost světla mění. Jsou také pole, v kterých se informace šíří podstatně rychleji, než se udává rychlost světla ve vakuu. Je to např. gravitace. Neztotožňuji se tedy s tím, že by v rámci speciální teorie relativity docházelo ke skutečné dilataci času a prostoru. Samozřejmě platí, že všechny závěry platí i v případě, že pozorovatel se nachází u stabilních hodin a pozoruje, jak se mu jeví chod hodin pohybujících se. Graf 3 Transformace časů podle vztahu (5) při konstantním zrychlení Pro reálné úlohy je proto potřeba zvažovat např. pohyb okolo nějakého hmotného bodu či tělesa po kuželosečkách podle toho v jaké se nacházíme výšce a jakou máme tečnou rychlost. To velmi souvisí s propočty tzv. únikových rychlostí. Můžeme pak zkoumat transformaci uvažovaných časů. Např. při rovnoměrném pohybu po kružnici se mám bude jevit plynutí času na stabilních hodinách ve středu kruhu a na pohybujících se hodinách jako stejně plynoucí. Na elipsách se bude jevit čas na stabilních hodinách cyklicky proměnný. 135

136 Graf 5 Dráhy hmotných bodů pohybujících určitou tečnou rychlostí okolo nepohybujícího se bodu. Rovnicím transformace časů při respektování gravitace se budu věnovat ve svém následujícím příspěvku, který povede ke zpochybnění závěrů o zakřivenosti prostoru, avšak bude respektovat, že vesmír je konečný, nelineární a nehomogenní a tudíž nesymetrický. Závěr. Dnes se již málo ví o tom, že speciální teorie relativity byla v dobách svého vzniku oprávněně kritizována. Zde uvedené základní myšlenky speciální teorie relativity vedou k transformační rovnici mezi časem plynoucím na nehybných hodinách a časem jevícím se na těchto hodinách z pozice pozorovatele pohybujícího se rovnoměrně či rovnoměrně zrychleně po přímočaré dráze, přestavuje transformaci danou výrazem (3). Nebyl přitom shledán důvod používat Lorenzovu transformaci (4), která předpokládá, že se informace nemůže šířit rychleji než světlo ve vakuu, což ovšem není pravda. Například prostřednictvím gravitace se informace šíří podstatně rychleji. Také nevidím důvod pro tvrzení, že dochází v rámci efektů speciální teorie relativity ke skutečné dilataci času a prostoru. Dochází pouze k tomu, že se pozorovateli pohybujícímu se rovnoměrně přímočaře nebo rovnoměrně zrychleně přímočaře od nebo k nějakým hodinám jeví plynutí času na těchto nepohybujících se hodinách jako zpomalený, zastavený, zrychlený či dokonce retrográtní. V reálném vesmíru se podmínky speciální teorie relativity nevyskytují. Vesmír je nehomogenní a v jeho rozlehlosti se nevyskytují žádné linearity. Literatura: Šramo, Ján: Prostor a čas. Přednáška Občanské sdružení Mélius, , Praha Šramo, Ján: Vesmír a význam života v něm. Přednáška letního typologického kurzu, , Praha 2. Mihola, J.: Filozofie a matematika rub a líc astronomie. Mezinárodní konference Člověk ve svém pozemském a kosmickém prostředí. Úpice Mihola, J.: Inverzní astronomie. Mezinárodní konference Člověk ve svém pozemském a kosmickém prostředí. Úpice Mihola, J.: Socio-psychologické aspekty dosažení konsensuálního bodu, Vědecká konference VŠFS, Praha, , 27 s. 5. Mihola, J.: Proč je vesmír zakřivený a nesymetrický? Mezinárodní konference Člověk ve svém pozemském a kosmickém prostředí. Úpice Mihola, J.: Příčiny pomalého vývoje pozemské civilizace a náměty na řešení Mezinárodní konference Člověk ve svém pozemském a kosmickém prostředí. Úpice Mihola, J.; Vlach, M.: Kvantová ekonomie. Mezinárodní konference Člověk ve svém pozemském a kosmickém prostředí. Úpice Mihola, J.: Pravda a iluze. Mezinárodní konference Člověk ve svém pozemském a kosmickém prostředí. Úpice Příhoda, P.: 2007, Astronomický kurz. Přednášky. Planetárium 10. Taylor, F., E., Wheeler, A., J.: Fyzika priestoročasu. (úvod do špeciálnej teorie relativity), Enigma, 2012, ISBN